[实用新型]固态薄膜燃料电池

说明书

本实用新型提供一种固态薄膜燃料电池，其包括第一电极、电解质层和第二电极。第一电极为单管电极，第二电极为环形电极。第一电极和第二电极其中一者为阳极，另一者为阴极。电解质层包括第一电解质层和第二电解质层，第一电解质层环绕沉积于单管电极的外周面，且第一电解质层的厚度沿第一方向逐渐减小，第一方向与所述单管电极的轴向同向；第二电解质层环绕沉积于第一电解质层的外周面，且第二电解质层的厚度沿第一方向逐渐增大。本实用新型采用两种电解质层来构造圆柱状的固态薄膜燃料电池，其中一电解质层与一电极贴合并匹配，另一电解质层与另一电极贴合并匹配，从而通过结合两种电解质的优势，使得电池能够发挥最佳的电池性能。

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种固态薄膜燃料电池。

背景技术

燃料电池是利用氢气和氧气生成水的化学反应，来产生电流的发电装置，是下一代新能源解决方案中的一种高能量转化效率的电池。在燃料电池的阳极通入燃料(纯氢气或者碳氢化合物的气体)，在阴极通入氧气(或者空气)。这样在阳极的燃料被氧化，阴极的氧气被还原，电子通过外电路形成电流，以此源源不断的产生电的过程。因为整个化学反应过程就是电子或离子的交换的纯化学反应过程，没有燃烧，因此燃料电池电化学反应过程不必遵循卡诺循环，致使整个燃料电池的能量转换效率非常高，可达40～60％，远远超过传统热机10～25％的能量转换效率。而且因为整个化学反应是氢气和氧气产生水的过程，水是生成物，因此是一个无污染的绿色发电装置，是公认的新一代新能源装置。

燃料电池一般分很多种，常见的有质子交换膜燃料电池和固态燃料电池。质子交换膜燃料电池因为中间的电解质是一种高分子化合物的薄膜，不仅造价高，不能抗高温，而且这种化合物薄膜缺乏耐久性，因此会大大影响燃料电池的寿命(一般质子交换膜3000-5000小时的寿命)。而固态燃料电池采用了陶瓷材料的氧化物薄膜，因此不仅造价便宜，耐高温，而且大大延长了燃料电池的寿命(固态燃料电池寿命一般10000小时以上)。

顾名思义，固态燃料电池的所有电池结构由固态的氧化物构成。如图1所示，现有的固态燃料电池的电解质层仅由一种固态氧化物构成。但不同的电解质材料都有各自的优缺点，并且与不同电极的匹配性也不同。例如，钇参杂的氧化锆YSZ与阳极较为匹配，而CeO₂则更适合和阴极匹配。采用单一的固态氧化物构造电解质层，并不能使固态燃料电池发挥最佳的电池性能。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种固态薄膜燃料电池，旨在解决上述技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种固态薄膜燃料电池，所述固态薄膜燃料电池包括：

第一电极，所述第一电极为单管电极；

电解质层，所述电解质层的总厚度均一，所述电解质层包括第一电解质层和第二电解质层，所述第一电解质层环绕沉积于所述单管电极的外周面，所述第一电解质层的厚度沿第一方向逐渐减小，所述第一方向与所述单管电极的轴向同向；所述第二电解质层环绕沉积于所述第一电解质层的外周面，且所述第二电解质层的厚度沿第一方向逐渐增大；

第二电极，所述第二电极为环形电极，所述环形电极环绕沉积于所述第二电解质层的外周面，所述环形电极的壁厚均一；其中，

所述第一电极和所述第二电极其中一者为阳极，另一者为阴极。

可选地，所述单管电极的至少一端部显露。

可选地，所述第一电解质层和所述第二电解质层之间的界面为斜面。

可选地，所述第一电解质层和所述第二电解质层之间的界面为台阶面。

可选地，所述电解质层的总厚度范围为0.5～10μm。

可选地，所述第一电极的壁厚的范围为0.5～5mm，所述第二电极的薄膜厚度的范围为5～50μm。