[发明专利]平面固体氧化物燃料单体电池和电池堆

说明书

一种平面SOFC电池单元由多个彼此叠放的平面元件(1100，1200，1300)形成。该电池单元包围电池室(1400)，该电池室包括固体氧化物燃料电池(2000)，该固体氧化物燃料电池被配置用于产生电化学能量，并被柔性支撑在电池室内。多个平面元件中的每一个都包括导热系数至少为100W/mK的导热材料，例如铝或铜。平面元件彼此导热耦合，以提供从电池室的周边边缘延伸到多个平面元件的周边边缘的连续导热路径。SOFC堆包括多个彼此叠放的平面SOFC电池单元。

版权声明

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技术领域

本文的示例性、说明性技术涉及由平面元件形成的单体电池和单体电池堆。

本文的技术应用于电化学发电。

背景技术

Yaguchi等人于2013年11月12日公开的美国专利第8,580,452B2号公开了一种密切相关的传统设备。Yaguchi公开了围绕燃料电池堆的导热元件，包括分别由奥氏体不锈钢SUS316制成的外壳(20)和导气构件(50)，以及导气构件(60)和(200)。导气构件(60)和(200)在燃料电池堆和导气构件(50)之间围绕燃料电池堆。据称，构件(60)和(200)提高了向导气构件的热传递的效率。构成每个导气构件的材料被描述为电绝缘且导热的。然而，如Yaguchi的图2A所示的引导构件(60)的形状和材料组成并没有公开，如Yaguchi的图12B所示的层(200)的材料被描述为陶瓷绝缘材料。Yaguchi公开的该系统的一个问题是，与诸如铜的材料相比，构件(60)和(200)具有相对低的或未公开的导热率，因此是相对差的导热体。另一个问题是，所公开的导气构件的厚度为0.1mm，这不会为热传导提供太多的热质量。本领域需要通过改善热传导来改善SOFC堆中的热能管理。

传统的平面SOFC堆包括气密密封件，以防止阳极和阴极气体经电池和其它堆部件泄漏，这可能导致气体混合和燃烧，从而造成局部热点，并最终导致堆失效。传统的气密密封件包括刚性粘合玻璃或玻璃陶瓷复合密封件、柔性粘合密封件和压缩垫圈密封件。气密密封件很难形成，需要仔细设计和组装SOFC堆。传统气密密封件的一个问题是，它们可能包括或产生泄漏，原因可能是制造时的缺陷，或者是堆工作期间的热应力和机械应力造成的损坏。当名义上的气密密封件泄漏时，堆性能可能会下降。根据堆设计，泄漏可能使堆失效，或者需要进行复杂且昂贵的堆修复。

传统的平面SOFC堆可以包括压缩密封件，包括例如金属垫圈和云母片密封件，它们被压缩在堆部件之间。传统压缩密封件的一个问题是需要较大的压缩力来使压缩密封件获得气密性。传统压缩密封件的另一个问题是金属垫圈压缩密封件会导致短路。