一种用于替换燃料电池层叠体中的燃料电池包模块的方法，所述方法包括：（ｉ）使燃料电池层叠体断电；（ｉｉ）使燃料电池包模块与外部功率负载断开电连接；（ｉｉｉ）使燃料电池包模块与燃料电池层叠体断开机械连接；以及（ｉｖ）从该层叠体中除去燃料电池包模块。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可替换层叠体和包模块的固态氧化物燃料电池组件本申请是10/21/02提交的美国申请10/277,563的部分继续申请，它要求 11/21/01提交的题为"Packet Design for Solid Oxide Fuel Cell"的美国临时申请 60/332,521以及8/27/02提交的题为"Solid Oxide Fuel Cell Stack and Packet Designs"的申请60/406,518的权益和优先权，这些申请都为Badding等人拥有，其内容全部引用在此作为参考。
技术介绍
本专利技术涉及固态氧化物燃料电池(SOFC)，尤其涉及SOFC的设计，其中 电能产生元件包括一个或多个可替换的独立包，这些包连接到用于将气体燃料 引入到包的内部的装置。大量的管状SOFC设计都是己知的。这些包括伸长和/或压扁的管子 设计，比如Siemens AG所提出的设计；其上具有条带以形成电压构造阵列的 氧化锆管子，比如Mitsubishi公司所使用的设计；以及多单元的压扁的管子设 计，比如Rolls-Royce PLC所提出的设计。各种使用平面电解质的SOFC设计也是已知的。这些设计通常使用较厚 的(0.10mm)电解质板，并且每一个板配有单个阳极和阴极电极。重复的电池单 元通常包括大集电器，它也充当空气/燃料分离器板。每个电池的阳极面对着 下一个电池的阴极，并且要求分离器板能使气体燃料和空气不混合。更新的平面设计包括0.3-1 mm厚的阳极支撑板，用于支撑大约5-50微 米厚的电解质薄层，该薄层可提供更高的单电池性能。这些设计也使用一种重 复的电池单元，它通常包括大集电器-空气/燃料分离器板。同样，阳极面对着 下一个电池的阴极，并且要求分离器/互连板能使气体燃料和空气不混合。参 照Minh, N.Q.的"Ceramic Fuel Cells" (J. Am. Ceram. Soc., 76, 563-588 (1993))，可以进一步査看这些和其它的固态氧化物燃料电池和多支管设计。最近的研发还包括燃料电池层叠设计，这些设计包括薄陶瓷电解质片。例如，美国专利5,273,837揭示了一种燃料电池层叠设计，它包括柔性陶瓷材 料的波状薄片，这些薄片组合起来形成带沟道的结构。金属、陶瓷、或金属陶 瓷导体直接接合到这些柔性的片，并且大量具有邻近面对面的阳极和阴极结构 的片被安排在燃料电池层叠体中。美国专利6,045,935揭示了基于柔性电解质 的其它设计，其中这些电解质被设置在非平面配置中以便改善这些组件对热循 环和热冲击的机械耐受性。因陶瓷体内突然的温度变化和温度梯度而导致的陶瓷体破裂是陶瓷材 料的主要损坏方式。相应地，旨在用于严酷热冲击环境中的陶瓷产品是用低热 膨胀系数材料制成的，以避免应力累积。具有足够强度的薄陶瓷片可以通过屈 曲来缓解热冲击。波状薄陶瓷片通过波状图案来控制屈曲。美国专利5,519,191揭示了将薄波状陶瓷结构用作流体加热器和其它耐 受热冲击的结构。这些结构适合由柔性薄陶瓷构成，比如美国专利5,089,455 所描述的那样，后者中的一些也可用作燃料电池的电解质。公开的欧洲专利申 请EP 1113518揭示了陶瓷片的波纹用于耐受面内应变。SOFC系统的一大部分成本在于大量的外围或支持系统，它们是高级的 芯部分(即电池自身)有效运行所必需的。通常，燃料电池层叠体的成本可以 多达系统成本的50%，同时活性电池自身仅占该层叠体成本的一小部分。该层 叠体的相当多的一部分成本都是由无效的电池组件产生的，比如绝缘、管线铺 设、板等。从会计学角度看，该电池承担了显著的无效电池组件的"开销"。在典型的平面SOFC设计中，如果单个电池板失效了，则电池板的替换 是很困难的，因为电池之间的互连和层叠体内的双极互连是永久性的。因此， 由多个电池板和相关的非电池组件所构成的整个子层叠体通常必须被替换。若 含电池的包自身可以被替换，且非电池组件的更换只是最少的，则这样一种燃 料电池层叠设计将提供显著的经济优势。平面SOFC的层叠设计已包括一系列多支管和互连方案。在德国慕尼黑 Siemens AG所描述的一个最近的设计中，阵列中大量分立的电池中的每一个电 池都被固定到框架内一个单独的窗口并且并排运行。这些框架由氧化物-分散-强化"Plansee" Cr-Fe合金构成(铬-铁-氧化钇合金，可从AT的Reutte的 Metallwerke Plansee处获得)，该合金被用于电池互连，以便框住基于氧化锆的固态氧化物燃料电池，并且还用于使双极电池设计中的空气和燃料分开(Blum等人，Solid Oxide Fuel Cells IV，第163页，1995)。电池到框架的密 封是用玻璃密封材料实现的，就像在一些燃料电池层叠设计中那样，其中包括 金属框架和互连，这可从日本东京的Tokyo Gas有限公司获得(Yasuda等人，"Fuel Cells - Powering the 21st Century"，燃料电池研讨会，2000年10月， Portland, OR， Courtesy协会(华盛顿特区)，第574页)。利用上述接合方法的平面固态氧化物燃料电池组件要求陶瓷电解质应 该接合到一种具有合适的热膨胀的支撑框架。含摩尔百分比3%的氧化钇使之 部分稳定化的氧化锆组合物所构成的陶瓷电解质在25-750°C的温度范围中具 有大约11.0 ppm/。C的平均线性热膨胀系数(CTE)。使用温度高达750。C且 具有所要求的CTE的材料是稀有的。铬-铁和Cr-Ni合金是本领域中已知用于 燃料电池器件的合金的代表，它们可用于互连和框架材料。这些合金包括上述 Plansee合金以及Type 446高铬不锈钢等金属(参照Piron等人的Solid Oxide Fuel Cells VII (2001)，第811页)。铁素体不锈钢具有介于10-12 ppm/°C 之间的平均CTE (金属手册(1948))。多种示例还包括Type 430不锈钢， 含14-18% Cr且其余是铁，据报道的CTE大约是11.2 ppm/°C且最大使用温度 大约是815。C;以及Type 446不锈钢，含23-27% Cr且其余是铁，其CTE大约 是11.0ppm/。C且最大使用温度大约是1100。C。Plansee合金具有接近11 ppm/°C 的CTE,但具有更高的使用温度，其原因是氧化钇晶界销住。燃料电池中铬钢合金的一个缺点是，铬往往会变为燃料电池的电极的"毒药"。公知的是，铬与燃料电池内的气体在电池工作温度下起反应，从而 形成易挥发的物质，该物质沉积在电极上。这些沉积物对燃料电池的阴极很不利，从而导致电池的性能下降且最终失效。针对该问题提出的解决方案包括将LaCr03覆盖层或过量的La203作为吸气材料涂到La^SrcuMnC^阴极层上 (Miyake等人，Solid Oxide Fuel Cells (1995)，第100页)。除了络的问题以外，还要关注高铬铁素体不锈钢的长期稳定性，这些不 锈钢在700-750。C燃料电池工作温度下易受"西格马(sigma)"形成的影响。 西格马是变化的Fe/Cr比例的FeCr相，这取决于基本合金组成本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于替换燃料电池层叠体中的燃料电池包模块的方法，所述方法包括： （ｉ）使燃料电池层叠体断电； （ｉｉ）使燃料电池包模块与外部功率负载断开电连接； （ｉｉｉ）使燃料电池包模块与燃料电池层叠体断开机械连接；以及 （ｉ ｖ）从层叠体中除去所述燃料电池包模块。
【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：ME拜丁，TD凯查姆，DJ圣朱利安，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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