【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池结构及其优化设计方法
[0001]本专利技术属于燃料电池领域，尤其涉及一种固体氧化物燃料电池结构及其优化设计方法。
技术介绍
[0002]固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)是一种将燃料化学能直接转化为电能的陶瓷电化学转化装置，具有全固态电池结构、能量利用率高、无需贵金属催化剂、燃料适应性强等优点，具有较为广阔的发展前景。
[0003]固体氧化物燃料电池的基本组成包括至少一层致密固态电解质、至少一个阳极、至少一个阴极、电极连接体以及若干气道。电池工作时，阳极通入燃气，阴极通入以空气为代表的氧化剂气体，氧气在阴极侧发生还原反应生成氧离子，在电化学势能的作用下穿过电解质进入阳极侧，与燃气发生氧化反应生成水，电子通过外电路由阳极迁移到阴极构成回路。
[0004]传统电解质支撑型板式固体氧化物燃料电池在厚度方向上呈非对称结构，由于电池工作过程中内部温度分布不均匀以及电池各组分间热膨胀系数不匹配，导致热应力产生，发生热变形，影响电池运行寿命。电池阴极、阳极侧均...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池结构，其特征在于，包括阳极基体(5)，所述阳极基体(5)的上、下表面均依次设置有阳极集流条(4)、电解质(3)、阴极(2)和阴极连接体(1)，整体呈对称结构；所述阳极基体(5)的内部设有两层井字型结构的燃气气道(10)，每层燃气气道(10)的内部相互连通；所述电解质(3)涂覆在阳极基体(5)的上、下表面，并将阳极集流条(4)夹于电解质(3)与阳极基体(5)之间；所述阳极集流条(4)沿阳极基体(5)宽度方向的中心线布置；所述阴极(2)涂覆在电解质(3)的外表面；所述阴极连接体(1)在朝向阴极(2)的一侧设有间隔布置的多根肋条(8)，肋条(8)的宽度沿气体流动方向逐渐扩大，从而使气体流动方向的空气气道(9)宽度逐渐减小。2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池结构，其特征在于，所述阳极基体(5)和阴极(2)采用多孔金属陶瓷复合材料，电解质(3)采用陶瓷材料，阴极连接体(1)和阳极集流条(4)采用高导电金属或合金材料，耐高温；其中，阳极基体(5)进一步细分为用于支撑且内置燃气气道(10)的中间支撑层，以及接触电解质(3)进行电化学反应的两侧活性层，不同功能层的材料组成一致，各组分配比不同。3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池结构，其特征在于，每层燃气气道(10)的内部通过设置间隔排布的横向气道(10
‑
2)连通原本独立的纵向气道(10
‑
1)，从而构成相互连通的井字型结构的燃气气道(10)；燃气气道(10)的截面半径为0.2～0.6mm，纵向气道(10
‑
1)的间隔为1.5～2.5mm，横向气道(10
‑
2)的间隔为5～15mm。4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池结构，其特征在于，所述阳极集流条(4)为细长的窄条，其一端与阳极基体(5)长度方向的端面平齐，另一端延伸至阳极基体(5)与电解质(3)之间的电池反应区，其电导率高于阳极。5.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池结构，其特征在于，所述阴极连接体(1)包括本体(11)以及设置在本体(11)内部间隔布置的多根肋条(8)；肋条(8)的外端面与阴极(2)的表面紧密贴合，各肋条(8)之间的间隔区域与阴极(2)表面构成若干空气气道(9)；所述肋条(8)和空气气道(9)的截面形状均为矩形；所述本体(11)内部在长度方向的两端分别设有空气分配槽(6)和空气收集槽(7)；所述空气分配槽(6)的一端设有贯穿本体(11)的进气孔(12)，所述空气收集槽(7)在远离进气孔(4)的一端设有贯穿本体(11)的出气孔(13)。6.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池结构，其特征在于，空气进气侧的肋条宽度为1～2mm，空气出气侧的肋条宽度为2～3mm，每个空气气道(9)及其相邻肋条(8)的截面宽度之和固定。7.一种如权利要求1～6任一所述的固体氧化物燃料电池结构的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：基于固体氧化物燃料电池结构各部件三维尺寸参数，进行参数化建模，得到电池几何模型；S2：构建优化问...
【专利技术属性】
技术研发人员：洪伟荣，廖家伟，叶婧菁，揭豪，宋昭南，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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