一种固体氧化物燃料电池金属连接体及其快速成型方法技术

本发明专利技术涉及固体氧化物燃料电池领域，尤其涉及一种固体氧化物燃料电池金属连接体的快速成型方法。金属连接体由三个独立部分组成：具有一定强度的连接体支撑板、柔性的燃料气体分配板和空气分配板，燃料气体分配板通过点焊连接于连接体支撑板的一端，空气分配板通过点焊连接于连接体支撑板的另一端。金属连接体除了快速精确成型方面的优势之外，还具有均匀分配燃料气和空气、减少连接体与电池之间的界面接触电阻、改善高温密封可靠性等特点。这种通过模具调控金属连接体尺寸精度的成型方式特别适合对制造成本与产品一致性有较高要求的产品。

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池金属连接体及其快速成型方法
本专利技术涉及一种金属连接体，尤其涉及一种高精度外流腔固体氧化物燃料电池电堆的金属连接体结构及其快速成型方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效、清洁的能量转换装置，它可以将燃料中化学能直接转换为电能。为了能供给足够的电能，SOFC通常组装成电堆使用。连接体是SOFC电堆关键部件之一，起着连接一片单电池阴极和相邻另一片单电池阳极的作用。连接体是单电池相互串联的导电体，同时也分隔着相邻电池阴极氧化气氛和阳极还原气氛。严苛的工作条件要求SOFC连接体材料需要有良好的高温导电性和双气氛（阴极侧为氧化气氛，阳极侧还原气氛）中的稳定性。传统SOFC工作温度较高（900~1000°C），使用的是导电陶瓷LaCrO3作为连接体。但陶瓷材料存在加工困难，导热与导电性不高的缺点。随着电解质薄膜化技术的发展以及新型高催化活性电极材料的开发，SOFC的工作温度从高温降低到中温（600~800°C），使金属材料成为了非常有前途的连接体材料。常用的金属连接体包括Fe基合金，Ni基合金和Cr基合金。综合成本、机械性能和高温稳定性等多方面考虑，铁素体型的Fe-Cr合金是目前SOFC电堆中应用最为广泛的连接体材料。电堆SOFC的成本主要来源于连接体与单电池，其中连接体结构复杂、尺寸精度要求高，加工难度极大，这些因素都致使连接体的成本居高不下。现有的连接体成型方式主要有三种：其一是通过粉末烧结的方法成型连接体，这类连接体的工作温度较高（900~1000°C），以陶瓷连接体LaCrO3为例，连接体占了整个电堆成本的70%；其二是通过机械加工或者激光焊接的方式成型金属连接体，这类连接体的工作温度在600~800°C，为了同时满足连接体热膨胀系数与高温抗氧化的要求，一般选用铁素体不锈钢作为金属连接体材料。这类合金在机械加工过程中极易产生热变形，而通过组件激光焊接的方式也同样存在局部热变形的问题，这都导致连接体尺寸精度大大降低，给后期SOFC电堆的精密装配带来了很大的困难。此外，还存在成型工艺复杂，加工周期长、浪费材料和成本过高等问题；其三是采用化学腐蚀的方法在不锈钢板上形成各种类型的气体流道，这种工艺在腐蚀过程中会导致合金成分出现非均匀现象，从而影响连接体合金的高温抗氧化特性。从成型工艺的角度出发，金属连接体化学腐蚀成型的可控性不高，导致组件的尺寸精度难以保证，整体产品的一致性较低，不利于后期的电堆组装。鉴于以上问题，金属连接体的低成本与高精度成型已经成为SOFC技术发展中一个急需克服的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述缺陷，提供一种高精度外流腔固体氧化物燃料电池金属连接体的快速成型方法。为了克服
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：金属连接体由三个独立部分组成：具有一定强度的连接体支撑板、柔性的燃料气体分配板和空气分配板，燃料气体分配板通过点焊连接于连接体支撑板的一端，空气分配板通过点焊连接于连接体支撑板的另一端。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述燃料气体分配板和空气分配板为交指型、蛇形或者波纹型。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述连接体支撑板、燃料气体分配板和空气分配板材料统一为合金SUS430或者合金Crofer22。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述连接体支撑板的厚度在0.5mm至2mm之间。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括高精度外流腔固体氧化物燃料电池金属连接体的成型方法，该方法包括：第一步、制作连接体支撑板：a，取一块正方形铁素体不锈钢薄片作为连接体支撑板的基板，通过冲压切割模具将基板的四个角切割下一块正方形板，b，在基板四周冲裁为预折弯的形状，通过冲压模具在折弯线处进行预加工处理便于折弯过程进行；c，利用精密模具对基板的四个边缘进行折弯处理，在基板的两侧分别形成一对垂直于基板的翅页；c，通过辊压模具将翅页压制成平行于基板的平面，最终在基板上形成两对台阶面，用于粘贴密封件与形成气体流道；第二步、制作燃料气体分配板和空气分配板：a，通过辊压模或者级进模的方式进行切片备料，再通过模具连续冲压形成交指型、蛇形或者波纹型的气体分配板；第三步、制作金属连接体：通过机械手将压力成型后的连接体支撑板与燃料气体分配板、空气分配板组合之后，进行点焊固定，形成完整的金属连接体。本专利技术的有益效果是：金属连接体除了成型方面的优势之外，还具有均匀分配燃料气和空气、减少连接体与电池之间的界面接触电阻、改善高温密封可靠性等特点。这种通过模具调控金属连接体尺寸精度的成型方式特别适合对制造成本与产品一致性有较高要求的产品。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是外流腔电堆堆芯的结构示意图；图2是本专利技术金属连接体的结构示意图；图3是本专利技术金属连接体的连接体支撑板制作结构示意图；图4是本专利技术金属连接体的连接体支撑板制作结构示意图；图5是本专利技术金属连接体的连接体支撑板制作结构示意图；图6是本专利技术金属连接体的气体分配板结构示意图；其中：1、燃料气体分配板，2、连接体支撑板，3、空气分配板，4、基板，5、折弯线，6、翅页，7、台阶面。具体实施方式SOFC电堆的构型取决于金属连接体的结构与形状。相比于内流腔电堆设计，外流腔电堆设计将四个气流腔体与电堆堆芯分离，使得金属连接体的结构变得相对简单。电堆堆芯内部由一个个重复单元堆叠而成，图1是外流腔电堆堆芯的结构单元示意图，每个重复单元包括金属连接体、阳极支撑型电池及密封材料。金属连接体上下区域各有一个一定厚度的的槽道，分别与密封材料和单电池构成一定空间，作为电堆内部燃料气与空气的流动通道，实现分配气流和收集电流的功能。金属连接体上下槽道两侧各有一对突出的台阶，其高度由阳极、阴极集流器和密封材料厚度决定，气流通道的高温密封由铺设在台阶上的密封材料来实现。考虑到常规SOFC金属连接体成型中存在工艺复杂、精度偏低与成本过高等问题，本专利技术针对外流腔电堆的结构设计，基于不锈钢薄板的精密冲压成型原理，通过合理设计与优化工艺以实现金属连接体的高质量批量化制备。本专利技术对外流腔SOFC金属连接体的结构进行设计，分别通过室温下的模具成型方式加工连接体支撑板与电极（阴极和阳极）的气体分配板，然后通过点焊方式将三者组合为一个整体，最终形成一体化的金属连接体。这种金属连接体的成型工艺简化了加工流程，降低了加工成本，有效避免了加工过程中的变形问题。金属连接体由三个独立部分组成：具有一定强度的连接体支撑板2、柔性的燃料气体分配板1和空气分配板3，燃料气体分配板1通过点焊连接于连接体支撑板2的一端，空气分配板3通过点焊连接于连接体支撑板2的另一端。三个组件的制备均采用适合大批量生产的模具精密成型技术，组件的外部尺寸精度与整体形变度均控制在10μm以下，为单电池、金属连接体与密封材料等多层精确堆叠，组装高质量电堆创造了有利条件。燃料气体分配板1和空气分配板3为交指型、蛇形或者波纹型。连接体支撑板2、燃料气体分配板1和空气分配板3材料统一为合金SUS430或者合金Crofer22。考虑到金属连接体在室温至高温（600~800°C）热循环状态下使用，为了避免热膨胀系数差异引起的热应力破坏，三个组件应当选择同一种类型的材料。连接体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体氧化物燃料电池金属连接体，其特征在于：所述金属连接体由三个独立部分组成：具有一定强度的连接体支撑板（2）、柔性的燃料气体分配板（1）和空气分配板（3），燃料气体分配板（1）通过点焊连接于连接体支撑板（2）的一端，空气分配板（3）通过点焊连接于连接体支撑板（2）的另一端。

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池金属连接体，其特征在于：所述金属连接体由三个独立部分组成：具有一定强度的连接体支撑板（2）、柔性的燃料气体分配板（1）和空气分配板（3），燃料气体分配板（1）通过点焊连接于连接体支撑板（2）的一端，空气分配板（3）通过点焊连接于连接体支撑板（2）的另一端。2.如权利要求1所述的固体氧化物燃料电池金属连接体，其特征在于：所述燃料气体分配板（1）和空气分配板（3）为交指型、蛇形或者波纹型。3.如权利要求1所述的固体氧化物燃料电池金属连接体，其特征在于：所述连接体支撑板（2）、燃料气体分配板（1）和空气分配板（3）材料统一为合金SUS430或者合金Crofer22。4.如权利要求1所述的固体氧化物燃料电池金属连接体，其特征在于：所述连接体支撑板（2）的厚度在0.5mm至2mm之间。5.如权利要求1所述的固体氧化物燃料电池金属连接体的快速成型方法，其特征在于：该方法包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲健，颜冬，杨佳军，池波，李箭，冯江涛，
申请(专利权)人：常州联德电子有限公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32