[发明专利]一种用于平板型固体氧化物燃料电池堆的改进型连接件及热管理方法

说明书

本发明公开了一种用于平板型固体氧化物燃料电池堆的改进型连接件及热管理方法，该连接件包括方形基板，基板的上表面沿长度方向均匀间隔设置有多条凸出的平行肋，相邻两条平行肋之间分别设置隔板，隔板的下表面为吸热面，隔板下表面上间隔布置催化剂Ni，隔板在尾部设有气孔；基板、隔板和平行肋所围的流道为热管理区，隔板、平行肋和电池PEN层所围的流道为流动区，热管理区左侧为气体入口，流动区左侧为气体出口。本发明的改进型连接件进行了分区域功能设计，结合在吸热面特定位置定向布置催化剂和隔板尾部开设气孔的结构设计，以及混合气成分与入口速度的联合调节，大幅改善了电池堆内温度分布的不均匀性，提高了电池堆输出性能。

技术领域

本发明涉及平板型固体氧化物燃料电池，具体涉及一种用于平板型固体氧化物燃料电池堆的改进型连接件，属于固体氧化物燃料电池技术领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)是一种能够直接将化学能转化为电能的装置，具有能量利用率高，燃料灵活等优势。SOFC单元由PEN层(阳极、电解质、阴极)和连接件构成。连接件是SOFC阴极和阳极外覆盖的刻凿有流道的部件，是SOFC重要的组成部分。连接件的主要作用包括：一、连接相邻单电池的阳极和阴极；二、作为相邻单电池之间电子传输的导体；三、其上凿刻的流道是反应物和生成物流动的通道，具有分配气体的作用。连接件的结构设计直接影响电池的输出性能和长期稳定性。

对于平板型SOFC，目前连接件的主要结构是平行直通道型，如附图1所示。主要包括进气口1-1，气体流道1-2，平行肋1-3，出气口1-4。工作过程为：燃料气体或空气从进气口1-1进入连接件，在气体流道1-2中流动并扩散到多孔电极中进行反应，产生的电流通过平行肋1-3导出电池，反应后产生的气体从出气口1-4中流出电池。采用平行直通道的连接件结构简单、易加工，但是这种连接件的作用仅仅是导电和给气体提供流道，不仅作用有限，还会造成气体分配不均，从而影响电池的整体性能以及热-机械稳定性。

目前，关于连接件的研究主要集中在改善气体分布不均问题和导热/导电材料选择两个方面，对于连接件其他功能的开发还没有涉及。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于平板型固体氧化物燃料电池堆的改进型连接件，能够对电池堆进行热管理，降低电池堆内最大温度差，均匀电池堆温度分布。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于平板型固体氧化物燃料电池堆的改进型连接件，其包括方形基板，所述基板的上表面沿长度方向均匀间隔设置有多条凸出的平行肋，所述平行肋与基板一体成型，相邻两条平行肋之间形成凹槽，所述凹槽尾部封闭，所述凹槽中设置有平行于基板的隔板，所述隔板的下表面为吸热面，隔板下表面上间隔布置一定量的Ni催化剂涂层，隔板在尾部设有用于气体流动的气孔；基板、隔板和平行肋所围的流道为热管理区，隔板、平行肋和电池PEN层所围的流道为流动区，热管理区左侧为气体入口，流动区左侧为气体出口。

优选的，所述改进型连接件采用耐高温的金属或合金制成。

优选的，所述气孔孔径为0.8-1.2mm。

本发明还提供基于所述的用于平板型固体氧化物燃料电池堆的改进型连接件的热管理方法，在连接件气体入口处以1.0-1.2m/s的速度通入一定温度的氨气 /氢气/氮气/水蒸气混合气(混合气中氨气/氢气/氮气和水蒸气的比例为12％-10％： 83％-85％：5％)，混合气中的氨气经扩散进入布置在吸热面处的催化剂Ni涂层，在催化剂Ni的作用下裂解吸热，吸收来自电池的反应热，使得电池堆快速降温；裂解后的混合气体经气孔流至流动区，混合气体在流动区流动的同时扩散到PEN 层多孔电极内进行电化学反应并产生电能；反应后的气体沿流动区流至连接件气体出口，流出连接件。

优选的，所述混合气的通入速度为1m/s，混合气中氨气的摩尔分数为10％，氢气的摩尔分数为85％。