用于SOC单元的气体入口制造技术

通过具有开孔的堆叠层提供用于SOC单元的多气体入口或出口，其中该切出用于重叠的气体通道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于固体氧化物电池(S0C)单元、特别是固体氧化物燃料电池(S0FC)单元或固体氧化物电解电池(S0EC)单元、特别是用于包含在S0C堆中的S0C单元的气体入口。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(S0FC)包括能够传导氧离子的固体电解质、在其位置处氧被还原为氧离子的阴极以及在其位置处氢被氧化的阳极。在S0FC中总的反应是氢和氧电化学反应以产生电、热和水。为了产生所需氢气，该阳极通常具有催化活性以用于烃类，尤其是天然气的蒸汽重组，由此产生氢气、二氧化碳和一氧化碳。可以通过下列反应式来描述天然气的主要成分甲烷的蒸汽重组:CH4+H20 — C0+3H2CH4+C02— 2C0+2H 2C0+H20 — C02+H2在操作期间将诸如空气的氧化剂供应给阴极区域中的固体氧化物燃料电池。将诸如氢的燃料供应到燃料电池的阳极区域中。替代地，将诸如甲烷的烃类燃料供应至阳极区域中，在阳极区域中通过上述反应转化为氢气和碳氧化物。氢气穿过多孔阳极并在阳极/-电解质界面处与在阴极侧上产生的已扩散穿过该电解质的氧离子反应。随着来自电池的外部电路的电子的输入，在阴极侧产生氧离子。为了增加电压，组装几个电池单元以形成堆并且通过相互连接连接在一起。相互连接作为气体屏障以分离相邻电池单元的阳极(燃料)和阴极(空气/氧)侧，并且在同时，它们使得电流能够在相邻电池之间传导，即在一个电池的电子过剩的阳极与邻近电池的需要电子用于还原过程的阴极之间传导。此外，相互连接通常提供有多个流动通路(flowpath)，该流动通路用于在该相互连接的一侧上的燃料气体以及在相对侧上的氧化气体通过。为了优化S0FC堆的性能，应当最大化正值的范围而在应当被最小化的相关负值的另一范围上没有不可接受的结果。这些值中的一些如下:待被最大化的值待被最小化的值-燃料利用率-价格-电效率-尺寸-寿命_(温度，达到某一点)-生产时间_不良率-部件的数量-附加损耗(加热、冷却、鼓风机......)上面所列的几乎所有值都是相互关连的，这意味着改变一个值将会影响其它值。这里会提及上述值与该燃料电池中的气流的特征之间的一些关系:燃料利用率:应当设计成在该相互连接的燃料侧上的流动通路以针对堆中的每个电池寻找相等数量的燃料，即不应当有穿过该堆的燃料侧的流的“捷径(short-cuts) ”。附加损耗:在该S0FC堆及其燃料电池单元中工艺气体流动通路的设计应寻求至少在相互连接的空气侧以及潜在地燃料侧上实现每一流量的低压力损耗，这将减少到达鼓风机的附加损耗。电效率:该相互连接引导相邻电池的阳极和阴极层之间的电流。因此，为了降低内部电阻，应当设计该相互连接的导电接触点(下文仅称作“接触点”)以建立至电极(阳极和阴极)的良好电接触，并且该接触点不应在各处相距太远，这会迫使电流通过电极的较长距离从而导致较高的内部电阻。寿命:与相互连接、几个部件甚至尤其是材料上的保护涂层等等有关，取决于在该相互连接的燃料和空气侧两者上的均匀流动分布。价格:通过不使用昂贵材料、减少相互连接的生产时间以及最小化材料损耗可以减少相互连接价格的贡献。尺寸:当该相互连接设计确保活性电池区域的高利用率时，降低了燃料堆的总尺寸。应当减小具有低燃料或气流的死区(dead-areas)并且应当最小化用于密封表面的非活性区域。温度:该温度应当是足够高的以确保该电池中的催化反应，还要足够低以避免该电池部件的加速退化。因此该相互连接应当贡献一均匀的温度分布，该温度分布给予高的平均温度而不超过最大温度。生产时间:应当最小化相互连接其自身的生产时间并且该相互连接的设计还应当有助于整个堆的快速组装。通常，由于存在生产时间上的增加，因此对于每个部件来说，该相互连接的设计呈现不必要性。不良率:该相互连接的生产方法和材料应当允许低的相互连接不良率(例如相互连接气体屏障中的不希望的孔洞、不均匀的材料厚度或特性)。此外，当该相互连接设计降低被组装的部件的总数量并降低密封表面的长度时，可以降低组装的电池堆的不良率。部件的数量:除了如已提及的最小化错误和组装时间之外，部件数量的减少也会引起价格的降低。该阳极和阴极气流在S0FC堆中分布的方式是借由具有用于两种工艺气体的每一种的共同歧管而实现的。该歧管可以是内部的或者外部的。该歧管通过到每层的通道的手段向该SOFC堆中的单个层供应工艺气体。该通道通常位于重复元件的一层中，该重复元件包含在该S0FC堆，即垫片(spacer)中或相互连接中。垫片或相互连接通常具有一个入口通道，该通道是被压印(stamp)、切割或刻蚀的一直穿过材料。对于仅具有一个入口通道的原因在于该垫片必须是一体部件。因为可控的尺寸给予可控的压力下降，因此该解决方案允许廉价并可控的制造该垫片或相互连接通道。允许用于多通道的制造工艺气体通道的另一种方式是通过刻蚀、冲压、压制或部分地穿过垫片或相互连接而制造通道的其它方式。这意味着该垫片可以是一体部件，但是部分地穿过材料而制造该通道的方法是不精确的，其在气体通道中给予不确定且不可控的压力下降。如果将密封材料施加为横跨那些仅部分地穿过垫片或相互连接的材料而形成的气体通道，那么在该气体通道中将会出现更多的不确定且不可控的压力下降。当然可以丝网印刷该密封材料以使得仅匹配期望的表面、或者胶合该密封材料并从气体通道切离，其将会降低不确定的压力下降的风险，但是这是昂贵且费时的。US6492053公开了一种包括相互连接和垫片的燃料电池堆。该相互连接和该垫片都具有用于氧燃料的流动的入口和出口歧管。该入口和出口歧管具有在其表面上的沟槽/通路以用于沿着该阳极和阴极分配氧/燃料。然而，该相互连接和垫片的沟槽/通路彼此不对准并且因此它们的几何结构无法结合起来以实现多个入口点。还有，由于该沟槽/通路在该相互连接和垫片二者的表面上，因而多入口点的形成是不可行的。US2010297535公开了一种具有流动通道的燃料电池的双极板。流动板具有多通道以用于在该燃料电池的活性区域之间均匀地分配流体。该文献未描述在其内部的第二层及类似通道。US2005016729公开了一种陶瓷燃料电池，其被支撑于热传导相互连接板中，并且多个板形成称为堆的导电加热器。连接多个堆形成燃料电池棒。通过首尾相连地连接多个棒，形成燃料电池串。该串的长度可以是一千英尺或更多，其尺寸确定成可以穿透地下资源层，例如石油层。预加热器使该串达到超过700°C的操作温度，并且然后该燃料电池通过供应燃料电池燃料和氧化剂并向地球表面转移废气的多个导管而保持那个温度。在该串和该地球表面之间可以使用歧管以延续该多个导管并作为废气和氧化剂/燃料之间的热交换器。对于上述问题，上述公知技术没有提供简单、高效并且故障安全的解决方案。因此，参考上述所列的考虑，需要耐用的、简单的、廉价的并且易于生产和操纵的多通道气体入口解决方案的需要以提供用于S0FC单元的高效和失败最小化的气体入口。由于相应的电池单元还可以用于固体氧化物电解作用，因此该气体入口解决方案还可以用于S0EC单元，因此寻求一解决方案以用于S0C单元。通过本专利技术实现这些以及其它目的，描述如下。
技术实现思路
一种燃料电池或电解电池堆包括位于每个电池中的重复元件。通过使用在电池堆中的重复元件的两层以制造用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
固体氧化物电池堆，包括多个堆叠的电池单元，每个单元包括电池层和相互连接层，其中一个相互连接层将该电池堆中的一个电池单元与相邻电池单元分离，其中在至少一个电池单元中的至少一个所述层具有至少一个主气体入口开口，并且其中在同一电池单元中的至少一个相邻层具有至少一个次气体入口开口，其中所述主气体入口开口和所述次气体入口开口部分重叠，该重叠限定了公共的气体入口区域，其中入口气体从该主气体入口开口流向该次气体入口开口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：T·海雷达克劳森，C·霍尔茨弗雷德里克森，
申请(专利权)人：托普索公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK