用于平面固体氧化物燃料电池的依从堆制造技术

提供了一种由重复的电池单元（１２）形成的燃料电池堆（１０），其中各电池单元（１２）包括：具有阳极侧（２０）和阴极侧的燃料电池；阳极侧框（１８）；阴极侧框（２８）；具有与相邻电池单元的阳极侧框（２８）相邻的阳极侧相互连接部以及与阴极侧框（２８）相邻的阴极侧相互连接部的双极板（２４）；燃料电池和阴极侧框之间的阴极侧封接部（２６）；以及燃料电池和阳极侧框的阳极侧封接部（２２），其中：阳极侧相互连接部、阴极侧相互连接部、阳极侧封接部（２２）和阴极侧封接部（２６）中的至少一个是顺从的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于平面固体氧化物燃料电池的顺从堆临时申请的交叉参考本申请要求享有于2003年9月29日递交的临时申请60/506,936号的优先权。
本专利技术涉及平面固体氧化物燃料电池堆(stack)，并且更特别地涉及一种增加堆基底面(footprint)的平面-固体氧化物燃料电池堆设计。
技术介绍
从降低成本的立场，增加电池平面内的固体氧化物燃料电池(SOFC)堆的基底面是必需的。一种实现平面内基底面增加的方法是制造并在堆内使用长度和/或宽度更大的SOFC电池。制造尺寸增加并且保持其在可接收公差内的陶瓷SOFC电池基本上是困难的。目前，若干电池制造商在可接收的尺寸公差内生产4″×4″(10cm×10cm)的电池。电池制造商现在正在尝试在可接收的公差内生产8″×8″(20cm×20cm)的电池。在堆的组装和工作过程中需要可接收的公差来防止电池破裂。基本上，从陶瓷工艺立场，进一步增加大小是非常困难并且可能不是成本有效的。此外，由于电池上的温度随平面内电池尺寸的增加而增加，因而使用更大的电池提高了电化学工作过程中的热管理关注。现有技术的堆设计通常使用结合的玻璃封接部(seal)和/或非顺从的相互连接部(interconnect)，并且因而不轻易利于平面内的基底面增加。很清楚，存在对可靠地提供平面内基底面增加的燃料电池堆结构的需要，提供这种结构是本专利技术的主要目的。在本申请的下文中本专利技术的其它目的和优点显而易见。-->
技术实现思路
根据本专利技术，已经可以轻易获得上述目的和优点。根据本专利技术，提供了一种由重复的电池单元形成的燃料电池堆，其中各电池单元包括：具有阳极电极、电解质以及阴极电极三层结构的燃料电池；阳极侧框；阴极侧框；具有与相邻电池单元的阳极侧框相邻的阳极侧相互连接部以及与阴极侧框相邻的阴极侧相互连接部的双极板；燃料电池和阴极侧框之间的阴极侧封接部；以及燃料电池和阳极侧框之间的阳极侧封接部，其中阳极侧相互连接部、阳极侧封接部、阴极侧相互连接部和阴极侧封接部中的至少一个是顺从(compliant)的，或者成对的阳极侧相互连接部和阳极侧封接部可以是顺从的并且成对的阴极侧相互连接部和阴极侧封接部可以是顺从的。根据本专利技术，阳极侧框具有一个或多个燃料电池可以承坐入其中的一个或多个开口。这些开口的每个开口包括沿其周边的凹槽或者凹入式平台。阳极侧封接部和燃料电池都承坐在阳极框开口的凹入式平台内，并且燃料电池的阳极电极面对阳极封接部。阴极侧框和阴极侧封接部包括一个或多个开口，这些开口与阳极侧框内的开口一致。使用顺从的封接部和相互连接部允许甚至在大平面内基底面时更可能抵抗应力的浮动燃料电池，并且还允许避免由于电池上过多的压缩荷载而破裂等。附图说明下面是参照所附附图的本专利技术优选实施例的详细描述，其中：图1是根据本专利技术的固体氧化物燃料电池堆的透视图；图2是根据本专利技术的电池堆组件的分解示意图；以及图3是根据本专利技术的电池堆组件的备选实施例的分解示意图。-->具体实施方式本专利技术涉及一种燃料电池组件，并且更特别地涉及一种具有改进的顺从相互连接部和/或封接部的固体氧化物燃料电池(SOFC)堆。尽管本专利技术的3D顺从堆(即，在全部三个正交轴上都顺从)能够固有地容许更大的电池尺寸变化并且因而允许使用尺寸品质(dimensional quality)比现有技术系统更低的较大电池，但3D顺从堆还能够以以前无法实现的方法进行平面内基底面增加。增大平面内基底面增加能力的主要原因是堆是通过至少一个并且优选所有顺从相互连接部、顺从封接部以及合成的浮动电池而3D顺从的。因而，可以容许从一个电池到另一个电池存在的尺寸变化，因为顺从设计限制了局部弯曲应力，以避免易碎陶瓷电池的破裂。如本申请所使用的浮动是指机械式分离，以使作用力无法从一个部件传递到另一部件。例如，可以同时允许结构部分之间的相对运动而实现浮动。此外，封接部是浮动的并且没有结合到配合表面。因而，通过在封接部区域的相对移动或滑动而调节瞬态状态过程中的电池内的热梯度以及热应力。在2004年1月16日递交的共同转让的美国专利申请10/758,843号中更详细地描述了顺从结构，并且本申请通过参考结合了该申请。在2003年7月18日递交的共同转让的美国专利申请10/622,881号中进一步描述了顺从封接部，并且本申请通过参考结合了该申请。本专利技术提供了一种具有增加平面内基底面能力并因而能够进行SOFC堆的成本效率增加的堆设计。作为额外好处，该堆设计允许冷却通道建造为与组件集成，因而减小电池上的热梯度并且增强堆的结构坚固性以及电化学稳定性。燃料电池堆可以由重复的电池单元形成，其中各电池单元包括：具有阳极电极、电解质以及阴极电极三层结构的燃料电池；阳极侧框；阴极侧框；具有与相邻电池单元的阳极侧框相邻的阳极侧相互连接部以及与阴极侧框相邻的阴极侧相互连接部的双极板；燃料电-->池和阴极侧框之间的阴极侧封接部；以及燃料电池和阳极侧框之间的阳极侧封接部，其中阳极侧相互连接部、阳极侧封接部、阴极侧相互连接部以及阴极侧封接部中的至少一个顺从，或者成对的阳极侧相互连接部和阳极侧封接部可以是顺从并且成对的阴极侧相互连接部和阴极侧封接部可以是顺从的。根据本专利技术，阳极侧框具有一个或多个燃料电池承坐入其中的一个或多个开口。这些开口的每个开口包括沿其周边的凹槽或者凹入式平台。阳极侧封接部和燃料电池承坐在阳极框开口的凹入式平台内，并且燃料电池的阳极电极面对阳极封接部。阴极侧框和阴极侧封接部包括一个或多个开口，这些开口与阳极侧框内的开口一致。图1显示了由若干层重复的电池单元12组成的叉流式堆10。堆10的一个平面显示为四个燃料电池14配置在基本正方形的几何形状内。带有四个开口的阳极侧框(类似于窗框)在其周边支撑这四个电池。阳极侧框类似于窗框，其中各开口沿其整个周边具有凹入式平台或者凹槽。凹入式平台将被称为凹槽，作为一个阳极侧封接部的座，一个燃料电池承坐于其顶部上，并且阳极电极面向封接部。在这种配置中，燃料电池类似于窗户的平面。图2是堆10的重复的电池单元12展开示意图。燃料电池14承坐在阳极框18的凹槽16内，其中使用顺从封接部22密封电池14的阳极侧20。如图2所示，组装3D顺从双极板24、顺从阴极封接部26以及阴极框28。由于燃料电池14处于凹槽16内部并使用两个顺从封接部22、26进行密封，电池不受通常施加在框上的夹紧荷载的影响并且由此电池被称为浮动电池。将相互连接部、封接部、凹槽以及框的高度形成、网状处理或加工为接受电池厚度的标称厚度。浮动电池和封接部和相互连接部的3D顺从有利地在没有电池损坏或破裂的情况下允许电池厚度和电池曲率的变化。在堆组装过程中，可以在燃料电池14的阳极电极和阳极侧相互连接部之间使用薄层的接触或者结合材料，以便改进电子迁移并且-->减小界面的欧姆阻抗。类似地，可以在燃料电池电极和阴极侧相互连接部之间使用薄层的接触或者结合材料。尽管为了清晰起见图2以独立部件的形式显示了双极板24、阳极框18和阴极框28，但能够通过本领域公知的若干金属接合工艺中的一种结合这些部件，以便形成单一的部件。如果双极板24和阳极及阴极框用来作为组装堆时的独立部件，则可在成对的阳极框-隔离板以及阴极框-隔离板之间使用与图2所示的阴极侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由重复的电池单元形成的固体氧化物燃料电池堆，各电池单元包括：具有阳极侧和阴极侧的固体氧化物燃料电池；阳极侧框；阴极侧框；具有与相邻重复的电池单元的所述阳极侧框相邻的阳极侧相互连接部以及与阴极侧框相邻的阴极 侧相互连接部的双极板；所述燃料电池和所述阴极侧框之间的阴极侧封接部；以及所述燃料电池和所述阳极侧框之间的阳极侧封接部，其中所述阳极侧相互连接部、所述阴极侧相互连接部、所述阳极侧封接部和所述阴极侧封接部中的至少一个是顺从的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-9-29 60/506,9361.一种由重复的电池单元形成的固体氧化物燃料电池堆，各电池单元包括：具有阳极侧和阴极侧的固体氧化物燃料电池；阳极侧框；阴极侧框；具有与相邻重复的电池单元的所述阳极侧框相邻的阳极侧相互连接部以及与阴极侧框相邻的阴极侧相互连接部的双极板；所述燃料电池和所述阴极侧框之间的阴极侧封接部；以及所述燃料电池和所述阳极侧框之间的阳极侧封接部，其中所述阳极侧相互连接部、所述阴极侧相互连接部、所述阳极侧封接部和所述阴极侧封接部中的至少一个是顺从的。2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述阳极侧相互连接部和所述阴极侧相互连接部在三维上是顺从的。3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述阳极侧相互连接部、所述阴极侧相互连接部、所述阳极侧封接部和所述阴极侧封接部均是顺从的。4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述阳极侧框和所述阴极侧框限定了燃料电池保持于其中的开口。5.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述开口的大小至少为大约4英寸乘4英寸。6.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述开口的大小至少为大约8英寸乘8英寸。7.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述阳极侧框具有形成在阳极面对侧上的凹槽，并且其中所述阳极侧封接部为定位在所述凹槽内的顺从封接部。-->8.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述阴极侧封接部包括基本平坦的顺从部件。9.根据权利要求8所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：SG沃里尔，J亚马尼斯，JR莫斯，B奥尔索默，
申请(专利权)人：UTC燃料电池有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]