[发明专利]一种平板型固体氧化物电解池密封组件及其应用

说明书

本发明涉及固体氧化物电解池技术领域，特别涉及一种平板型固体氧化物电解池密封组件及其应用。该密封组件包括第一密封部件、第二密封部件、电解单池及金属双极板，其中电解单池的四周边缘包封第一密封部件，形成带密封边框的电解单池；第二密封部件和带密封边框的电解单池均设置于金属双极板上，且第二密封部件位于带密封边框的电解单池的外侧，形成电堆组装重复单元，第二密封部件用于叠置的两组电堆组装重复单元之间的密封。本发明在电堆组装升温后可同时形成有效密封，避免了电解单池与连接体预密封引起的连接体氧化问题，该方法简单易行、灵活高效。

技术领域

本发明涉及固体氧化物电解池技术领域，特别涉及一种平板型固体氧化物电解池密封组件及其应用。

背景技术

固体氧化物电解池(Solid Oxide Electrolysis Cell，SOEC)是将电能转化成化学能的能量转换装置，具有清洁、高效等突出优势。发展SOEC高效制备绿氢技术是实现“碳达峰”和“碳中和”目标的有效途径。虽然近些年在材料、部件和集成技术等方面取得了很大进步，但SOEC高温(600-1000℃)、高湿(AR80％)的工作环境限制了密封材料和密封技术的发展和应用。

玻璃和玻璃-陶瓷是目前研究和应用最广泛的密封材料。玻璃在高于软化温度(T_s)以上发生软化流动实现对密封部位的浸润，降温至T_s以下发生固化从而实现密封。相比柔性金属、云母基片、金属钎焊等其他形式的密封材料，玻璃具有高温封接性能好、膨胀系数(CTE)可调、制备和使用方便等显著优势。目前常用的密封方式有两种：一种是在电池装配过程中，直接将密封浆料涂覆在金属双极板待封接部位上，放置电解单池，然后逐层叠加。该密封方案简单易行，但在实施过程中，将电解单池放置到流动的密封浆料上导致难以准确定位，加压后可能导致错位、移位等问题；另外，浆料的过度流动可能阻塞水汽进出通道，造成水汽分配不均匀。另一种密封方式是在电堆组装前，将电解单池用玻璃密封胶预先封接到电池框上，电堆组装时再将电池框和金属双极板进行密封。这种密封方案采用玻璃进行预封接，在后期电堆组装加压过程中，电解单池边缘容易产生应力集中，造成单池破坏；此外，电池框的使用增加了密封面，从而增加了气体泄漏通道。因此，在克服玻璃浆料使用时的过度流动、避免预封接引起的应力集中的前提下，充分利用玻璃良好的密封特性，寻求操作简单、性能可靠的密封方案，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种平板型固体氧化物电解池密封组件及其应用，以提高电解池的密封性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种平板型固体氧化物电解池密封组件，包括第一密封部件、第二密封部件、电解单池及金属双极板，其中电解单池的四周边缘包封第一密封部件，形成带密封边框的电解单池；

第二密封部件和带密封边框的电解单池均设置于金属双极板上，且第二密封部件位于带密封边框的电解单池的外侧，形成电堆组装重复单元，第二密封部件用于叠置的两组电堆组装重复单元之间的密封。

所述第一密封部件为多层结构，且通过粘贴方式包封在所述电解单池的上边缘、侧边缘及下边缘处。

所述第一密封部件的基材为玻璃纤维毡。

所述第一密封部件的基材内还含有玻璃粉末或陶瓷粉末。

所述电解单池由第一电极、电解质和第二电极构成；其中第一电极暴露于所述第一密封部件的内侧。

所述金属双极板的上下侧均设有密封沟槽、限位台阶和气体流道，限位台阶用于对所述带密封边框的电解单池进行限位，密封沟槽位于限位台阶的外侧，用于固定所述第二密封部件。

所述第二密封部件具有与所述金属双极板相适应的形状和尺寸，所述第二密封部件还具有与所述电解单池的气道和公共气道区域对应的开孔。