[发明专利]中温的金属支撑的固体氧化物燃料电池单元的堆叠

说明书

一种中温的金属支撑的固体氧化物燃料电池单元(10)的堆叠(1)，每一个单元包括：金属支撑基板(12)、间隔件(22)和互连件(30)，这些元件的每一个在其中具有压紧螺栓孔(34)、燃料入口(33)、燃料出口烟道(32)和空气出口(17)，其中通过对准螺栓孔来形成螺栓空洞(34)并且通过对准空气出口(17)来形成另一个空洞，所述空洞是通气的，例如向环境或其它空洞通气，以防止燃料、水分或离子的积聚。

技术领域

本发明涉及具有改进的预期寿命和耐久度的中温的金属支撑的固体氧化物燃料电池单元的堆叠。

背景技术

从WO2015/136295中已知一种先进的燃料电池堆叠组件5，其全部内容以引用的方式并入本文。如图1所图示的，其具有被布置在堆叠1中的多个活性固体氧化物燃料电池单元(solid oxide fuel cell unit，SOFC)10，在每对相邻的燃料电池单元10之间装配有密封垫(gasket)38。如WO2015/136295所图示和讨论的，该燃料电池堆叠组件中还可以具有虚设燃料电池单元8。

通过在端板4之间连接螺母3和螺栓2将所有燃料电池堆叠组件5保持或压紧在一起。

如图2中所图示的，每个活性燃料电池单元10具有多个层，例如金属(通常为钢)支撑基板12、间隔件22和互连件30。在金属支撑基板12中包含有延伸穿过其中的多个孔36，并且在孔上覆盖有电化学活性层14—阳极、电极以及它们之间的电解质。在上述PCT申请中讨论了用于这些层的优选材料。然后间隔件22典型地利用设置在燃料电池单元10外部的电化学活性层14将金属支撑基板12与互连件30间隔开。然后这些层被焊接在一起，以形成独立的燃料电池单元10，其中互连件30在金属支撑基板12的一侧上，而电化学活性层14附接在金属支撑基板12的另一侧上—参见图12中的用于类似燃料电池单元的焊缝90，尽管具有不同的外围形状。焊缝90将遵循与图2中的燃料电池单元相对应的路径。因此，这种布置提供了外部电化学活性层(阴极在最外面)，燃料电池单元内的燃料被焊缝90密封，与燃料电池单元周围的空气隔绝—(当燃料将通过金属基板中下面的孔36与燃料电池单元内的阳极接触，则燃料电池单元具有内部燃料流动)。

为了形成堆叠1，许多这样的燃料电池单元10堆叠在一起—例如，参见图3。

互连件30具有表面浮突部，包括各种突块、突起或脊部40，以及打印或压印在互连件上的对应的凹陷或凹槽42，这些共同限定了两个大体上间隔的平面(但具有许多间隙)表面，其中一个(在图2的上部并且在图3的下部)用于使燃料电池单元—电化学活性层14面向下方—放置在其上。而互连件30的另一表面是通过间隔件22接触其自身的燃料电池单元10的金属支撑基板12。此外，由于平面表面不是完整的，它们只触及某些位置，因此它们不会阻挡许多之前提及的形成在其自身的燃料电池单元10的金属支撑基板12中的孔36，并且将仅触及类似受限数量的其它燃料电池单元10的电化学活性层14的外表面。

所述突块、突起或脊部40、凹陷或凹槽42等类似物的形状也被不同地或相对地布置在相邻的燃料电池单元之间，以允许例如第一燃料电池单元的突块、突起或脊部40与下面的第二燃料电池单元的凹陷或凹槽42对准，由此，当通过螺母3和螺栓2将堆叠1组装并夹紧在一起时，来自第一燃料电池单元的第一互连件30的对第二燃料电池单元的电化学活性层14的任何作用力将通过由第二燃料电池单元的互连件30产生的对应的相对作用力等予以中和。

所述突块、突起或脊部(或槽)40等以及对应的凹陷或凹槽42也被成形且定位成在被堆叠时，在互连件30的两侧上限定有用于空气(通常在外表面上)以及用于燃料(通常在内表面上)的通道，如图3所图示的，以使燃料电池堆叠可以在工作操作时起作用。

在WO2015/136295中，以及优选地在本发明中，所述燃料电池单元是中温的金属支撑的固体氧化物燃料电池单元。