一种片式固体氧化物燃料电池堆结构制造技术

本发明专利技术公开了一种片式固体氧化物燃料电池堆结构，包括金属通道和多个单电池片，所述金属通道内还设有至少一块电池板，每个电池板的两端分别固定至所述左侧板和右侧板，从而将所述金属通道沿纵向分隔为多个依次相邻的电池室；所述电池室内壁的上壁和下壁设有多个位于中空通道上的开口；所述单电池片与所述开口一一对应设置。本发明专利技术多个单电池片可以直接集成到同一电池板板上，避免了单电池片大量堆叠的问题，某一单电池损坏时可以直接更换，而不会对其它单电池造成毁坏。

【技术实现步骤摘要】
一种片式固体氧化物燃料电池堆结构
本专利技术属于固体氧化物燃料电池领域，更具体地，涉及一种片式固体氧化物燃料电池堆结构。
技术介绍
燃料电池(FuelCell，FC)可以将燃料的化学能直接转化为电能，洁净、高效、安全、环保，是21世纪的能源革命性发电技术。在我国的科技发展规划中，燃料电池技术也被列为重要的发展方向之一。燃料电池根据电解质种类的不同，主要分为固体氧化物燃料电池(SOFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。其中SOFC可以直接使用碳基燃料，与现有能源供应系统兼容，在分布式发电及热电联供、移动交通、备用电源及固定电站等领域显示出巨大的应用前景。SOFC发电系统的核心单元是电池堆，目前主要发展了管式结构和平板式结构两种电池堆，管式结构发展较早，单电池一端封闭，一端开口，单电池通过阴阳极连接形成电池堆，但是由于其能量密度低，目前研究较少。平板式电池堆由一片一片的单电池通过连接体串联组成。单电池是三明治结构的陶瓷材料，由致密陶瓷电解质和两侧的多孔陶瓷电极组成，阴极侧持续供应空气(氧化气氛)，阳极侧持续供应燃料气体(H2、CO、CH4等，还原气氛)。通常平板式电池堆包含数十个单电池片，且单电池和连接体材料之间需要玻璃陶瓷等密封材料紧密连接，不可拆卸，单片电池损坏，整堆报废。另外，SOFC系统的性能与电池堆工作温度、燃料和空气供应量影响密切相关，为了保证电池堆中温场、流场分布均匀，电池堆的结构设计尤为重要，温场、流场分布不均匀还会造成电流分布不均匀，局部热量及应力聚集，单电池损坏，因此为了保证系统中各个单元处于相同的工作状态，必须保证各个单元电池均匀地分配高温燃料和空气，通常SOFC堆整体堆叠集成时，进口侧气体温度低，中间部分温度高，温度相差上百摄氏度，从而造成电池堆整堆破坏。此外，现有技术中以单电池片组电池堆时，在利用大电池片组堆虽然容易保证电堆功率，但电池片由于面积大容易承受不均匀应力而损坏；而利用小电池片组堆虽然有利于保护单电池片不易损坏，密封相对简单，但是为了到达一定的电推功率，通常需要相应的增加单电池片的堆叠量，导致电池堆的纵向更容易形成不均匀温度场和/或流场，而损坏电池堆。针对上述存在的问题，人们进行了大量的研究尝试，例如CN2368165Y公开了一种固体氧化物燃料电池，平面或曲面形状的阴极、电解质、阳极复合膜两侧支持体上具有镜面对称相互对应的蛇形沟槽,用以分别输送氧气与燃料，但这种设计结构复杂，成本高；CN2400908Y公开了一种固体氧化物燃料电池堆中的阳极膜－连接板结构，虽然局部缓解了SOFC内部应力，但是不能从总体上根本消除热应力；CN1252844A公开了一种平板组装式固体氧化物燃料电池，其提出了全新结构的串、并联混合的平板式SOFC电池堆结构，避免封接元件和单体电池直接承载热循环应力，提高电池堆运行的可靠性，延长了寿命，同时这种新型结构还实现了电池堆的可拆卸，克服了平板式SOFC电池堆中一片电池破坏，整堆报废的致命弱点，但是其本质还是堆叠结构，温场分布上下仍不均匀，另外单电池在拆卸时，由于层压的存在，仍然会造成整堆的报废。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种片式固体氧化物燃料电池堆结构，以解决现有技术中电池堆在拆卸更换单电池时会造成整堆报废的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种片式固体氧化物燃料电池堆结构，包括金属通道和多个单电池片，所述金属通道包括左侧板、与所述左侧板相对的右侧板、上端板，以及与所述上端板相对的下端板，从而围成所述金属通道的侧壁；所述金属通道内还设有至少一块，优选多块电池板，每个电池板的两端分别固定至所述左侧板和右侧板，所述的至少一块电池板在所述金属通道内依次间隔分布，从而将所述金属通道沿纵向分隔为多个依次相邻的电池室；当然，本领域技术人员理解，当为一块电池板时，即将金属通道沿纵向分隔为两个相邻的电池室。所述电池板、左侧板、右侧板、上端板以及下端板均为中空结构，从而在其内部分别形成相应的中空通道，各中空通道通过所述电池板、左侧板、右侧板、上端板以及下端板之间的连接处相互连通；所述电池室内壁的上壁和下壁设有多个位于中空通道上的开口；所述单电池片包括电解质层和位于所述电解质层两侧的阳极层和阴极层，所述单电池片与所述开口一一对应设置，并通过所述单电池片的电解质层密封所述开口，以使所述阳极层位于对应的中空通道内。在本专利技术中，本领与技术人员理解，对于多个依次相邻的电池室，其上壁为电池板或上端板朝下的一侧，例如当某一电池室位于多个电池室的最上方时，其上壁即为上端板朝下的一侧；当位于中间时，其上壁即为电池板朝下的一侧；对于下壁，同理。在本专利技术中，所述电池板与左侧板和右侧板之间的连接可以是焊接，或者通过左侧板和右侧板上相应位置的插槽，插入电池板后进行密封处里得到，例如采用玻璃胶密封，以便拆卸。电池堆的取电方式可有多种，为本领域技术人员所熟知。根据本专利技术的电池堆结构，优选地，所述电池板、上端板以及下端板的中空通道内分别设有第一集电体，用于使所述中空通道内的阳极层电连接在一起，便于取电；各电池室内分别设有第二集电体，用于使每个电池室内的单电池片的阴极层电连接在一起。根据本专利技术的电池堆结构，优选地，所述第二集电体位于设置在电池室内壁的上壁上的单电池片与设置该电池室内壁的下壁上的单电池片之间，直接与两侧的单电池片的阴极层接触取电。根据本专利技术的电池堆结构，优选地，所述第一集电体和/或第二集电体为金属网状结构。根据本专利技术的电池堆结构，优选地，所述金属通道为矩形通道。根据本专利技术的电池堆结构，优选地，所述单电池片为矩形单电池片和/圆形单电池片。当然，本领域技术人员理解，只需适当调整好电池板等上开口的形状，所述单电池片也可以是其它形状，比如三角形或菱形等等。为了便于向电池堆的阳极输送阳极气流(燃料气体)，本领域技术人员理解，可以在所述金属通道的内壁和/或外壁上开设与所述中空通道连通的进气口和排气口。根据本专利技术的电池堆结构，优选地，所述左侧板与下端板的连接处设有进气口，所述右侧板与上端板的连接处设有排气口，所述进气口和排气口均与所述中空通道连通，以形成阳极气流通道。根据本专利技术的电池堆结构，优选地，所述电池堆结构还包括用于容纳所述金属通道的外箱体，所述外箱体与所述金属通道的两端相邻的两侧上分别设有开口，以与所述金属通道形成阴极气流通道。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、在本专利技术中，多个单电池片可以直接集成到同一电池板板上，避免了单电池片大量堆叠的问题，某一单电池损坏时可以直接更换，而不会对其它单电池造成毁坏；2、即使使用面积较小的单电池片时，可以调整电池板上的开口间距以及电池板之间的间距以保持电堆的功率与体积3、结构简单，且各种形状的单电池片都可以集成为堆，适应性好。附图说明图1为本专利技术的电池结构的一种实施方式的组装示意图；图2为图1中电池板的一种实施方式的示意图；图3为图1中电池板与单电池片的组装示意图；图4为图1的相邻两块电池板与单电池片的组装示意图；图5为图4的垂直截面示意图；图6为本专利技术的外箱体的一种实施方式的示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行详细说明，但本专利技术并不仅限于此。在本专利技术中，所述的“上”“下”“左”“右”“前”“后”均为参照附图中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种片式固体氧化物燃料电池堆结构，其特征在于，包括金属通道和多个单电池片，所述金属通道包括左侧板、与所述左侧板相对的右侧板、上端板，以及与所述上端板相对的下端板，从而围成所述金属通道的侧壁；所述金属通道内还设有至少一块电池板，每个电池板的两端分别固定至所述左侧板和右侧板，所述的至少一块电池板在所述金属通道内依次间隔分布，从而将所述金属通道沿纵向分隔为多个依次相邻的电池室；所述电池板、左侧板、右侧板、上端板以及下端板均为中空结构，从而在其内部分别形成相应的中空通道，各中空通道通过所述电池板、左侧板、右侧板、上端板以及下端板之间的连接处相互连通；所述电池室内壁的上壁和下壁设有多个位于中空通道上的开口；所述单电池片包括电解质层和位于所述电解质层两侧的阳极层和阴极层，所述单电池片与所述开口一一对应设置，并通过所述单电池片的电解质层密封所述开口，以使所述阳极层位于对应的中空通道内。

【技术特征摘要】
1.一种片式固体氧化物燃料电池堆结构，其特征在于，包括金属通道和多个单电池片，所述金属通道包括左侧板、与所述左侧板相对的右侧板、上端板，以及与所述上端板相对的下端板，从而围成所述金属通道的侧壁；所述金属通道内还设有至少一块电池板，每个电池板的两端分别固定至所述左侧板和右侧板，所述的至少一块电池板在所述金属通道内依次间隔分布，从而将所述金属通道沿纵向分隔为多个依次相邻的电池室；所述电池板、左侧板、右侧板、上端板以及下端板均为中空结构，从而在其内部分别形成相应的中空通道，各中空通道通过所述电池板、左侧板、右侧板、上端板以及下端板之间的连接处相互连通；所述电池室内壁的上壁和下壁设有多个位于中空通道上的开口；所述单电池片包括电解质层和位于所述电解质层两侧的阳极层和阴极层，所述单电池片与所述开口一一对应设置，并通过所述单电池片的电解质层密封所述开口，以使所述阳极层位于对应的中空通道内。2.根据权利要求1所述的电池堆结构，其特征在于，所述电池板、上端板以及下端板的中空通道内分别设有第一集电体，用于使所述中空通道内的阳极层电连接在一起；各电池室内分...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志宾，熊星宇，彭苏萍，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11