[发明专利]一种固体氧化物燃料电池电堆

说明书

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池电堆，包括端板和重复单元，所述端板分为前后两个，两个端板之间设有重复单元，所述重复单元由连接件、密封件、气道板和电池片组成，连接件包括分隔板、阳极支撑件、阴极支撑板和电池片支撑板，重复单元上还设有单电池电压引出点。1)显著提高电堆的输出功率，电堆的寿命长；2)采用新型的密封材料及结构能够增强电堆的密封性，有效保证电堆的使用时间；3)采用新型的结构材料及涂层，降低了电堆的衰减性，提高了电堆的热循环使用次数。4)轻量化的设计结构，提高了电堆的功率密度；5)丰富的接口，对电堆进行实时监控。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术，具体是一种固体氧化物燃料电池电堆。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是高温燃料电池，其工作温度为500～1000℃。由于工作温度高，SOFC可以把化石能源、生物质能源转化的碳氢化合物直接作为燃料，经过外部或内部重整反应，及电极内的电化学反应，把化学能高效地转化成电能。与其他燃料电池相比，SOFC具有全固态装置、燃料灵活、不需要昂贵的催化剂及热电联供等优点，但也存在一些新挑战。

SOFC关键元件是单元电池，若干个单电池通过串、并联构成电池堆，SOFC电堆有多种结构设计，目前主要有管式和平板式两种结构。板式结构SOFC具有电流采集流程短、功率密度高、制备工艺简单、制备成本低等优点，但是需要专门的密封材料和密封技术，在具备了高性能的单电池及合格的连接体和封接材料后，需要发展能够保证电池堆高效、可靠、稳定运行的集成设计，这要求解决与单电池完全不同的关键技术问题。例如，电堆的发电效率正比于燃料使用率，需要优化的气道设计以保证串联中的各个单电池获得尽可能等量的燃料分配；电堆的稳定运行则要求深刻认识运行条件下部件材料的结构和性能演化规律，选择合理的电堆结构和运行参数，以尽量减缓热应力和温度场等因素对各部件材料及其界面的损伤。由于电堆的性能综合体现了从微观尺度的电化学反应到宏观尺度的传热传质以及材料的微结构和电堆的宏结构演化等多种物理效应，需要定量分析各影响因素，才能获得最佳平衡点，提出优化的电堆结构设计，促进高效长寿的电堆技术的发展。

固体氧化物燃料电池(SOFC)也是一种全固体燃料电池，电解质是复合氧化物，最常用的是氧化钇或氧化钙搀杂的氧化锆，这样的电解质材料在高温(800～1000℃)下具有氧离子导电性，因为搀杂的复合氧化物中形成了氧离子晶格空位，在电位差和浓度差的驱动下氧离子可以在陶瓷材料中迁移。所以，固体氧化物燃料电池的工作原理是：氧气在阴极被还原成氧离子，在电解质中通过氧离子空穴导电从阴极传导到阳极，氢气在阳极被氧化，结合氧离子生成水。

SOFC的结构主要有管式、平板式和瓦楞式三种。管式最为成熟，每根管为一个单电池，从内到外分别为支撑管、阴极、电解质和阳极。管子为一端开口，直径1cm左右，长度可达1.5m。多根单电池管经过串并联形成一个管束，多个管束构成一个电池堆。管式电池优点是应力分布均匀，采用合适的结构可以不需要密封。与管式结构相比，平板式结构制备工艺简单，造价低；电流的流程较短，功率密度更高。但是，大面积电池的应力分布均匀和气体密封是板式结构的难题。平板式结构中，三合一电池组件是平板结构，而在瓦楞式结构的电池中，三合一电池组件是瓦楞式或波浪式，这样增加了电池反应面积，因此具有更高的功率密度，但是三合一组件的制备相对困难。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种固体氧化物燃料电池电堆，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：