燃料电池互连件、燃料电池堆及其操作方法技术

本申请涉及燃料电池互连件、燃料电池堆及其操作方法。一种燃料电池互连件包含：燃料肋，其安置于所述互连件的第一侧上且至少部分地限定燃料通道；及空气肋，其安置于所述互连件的相对第二侧上且至少部分地限定空气通道。所述燃料通道包含安置于中心燃料场中的中心燃料通道和安置于外围燃料场中的外围燃料通道，所述外围燃料场安置于所述中心燃料场的相对侧上。所述空气通道包含安置于中心空气场中的中心空气通道和安置于外围空气场中的外围空气通道，所述外围空气场安置于所述中心空气场的相对侧上。所述中心燃料通道或所述中心空气通道中的至少一者具有与相应外围燃料通道或相应外围空气通道中的至少一者不同的横截面积或长度中的至少一者。积或长度中的至少一者。积或长度中的至少一者。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池互连件、燃料电池堆及其操作方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池堆组件，具体地说，涉及用于燃料电池堆的互连件和制造互连件的方法。

技术介绍

[0002]典型的固体氧化物燃料电池堆包含由金属互连件(IC)间隔开的多个燃料电池，所述金属互连件提供电池堆中邻近电池之间的电连接，并提供用于递送和去除燃料和氧化剂的通道。金属互连件通常由基于Cr的合金构成，例如被称为CrFe的合金，其组成为95wt.％Cr
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5wt.％Fe，或Cr
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Fe
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Y合金，其组成为94wt.％Cr
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5wt.％Fe
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1wt.％Y。CrF和CrFeY合金在典型的固体氧化物燃料电池(SOFC)操作条件，例如在空气和湿燃料气氛中，700
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900C下保持其强度且尺寸稳定。

技术实现思路

[0003]根据各种实施例，一种燃料电池互连件包含：燃料肋，其安置于所述互连件的第一侧上且至少部分地限定燃料通道；及空气肋，其安置于所述互连件的相对第二侧上且至少部分地限定空气通道。所述燃料通道包含安置于中心燃料场中的中心燃料通道和安置于外围燃料场中的外围燃料通道，所述外围燃料场安置于所述中心燃料场的相对侧上。所述空气通道包含安置于中心空气场中的中心空气通道和安置于外围空气场中的外围空气通道，所述外围空气场安置于所述中心空气场的相对侧上。所述中心燃料通道或所述中心空气通道中的至少一者具有与相应外围燃料通道或相应外围空气通道中的至少一者不同的横截面积或长度中的至少一者，以增加穿过所述中心燃料通道的氢燃料流或增加穿过所述外围空气通道的空气流。
[0004]根据各种实施例，一种操作含有上述互连件的燃料电池堆的方法包含：将氢燃料提供到燃料通道中，其中穿过中心燃料通道的氢燃料流比所述外围燃料通道的氢燃料流多；及将空气提供到所述空气通道中，其中穿过中心空气通道的空气燃料流比穿过外围空气通道的空气燃料流多。
附图说明
[0005]图1A为根据本公开的各种实施例的SOFC堆的透视图。
[0006]图1B为图1A的电池堆的一部分的横截面图。
[0007]图2A为根据本公开的各种实施例的互连件的空气侧的俯视图。
[0008]图2B为图2A的互连件的燃料侧的俯视图。
[0009]图3A到3D为根据本公开的各种实施例的互连件的燃料侧的俯视图。
[0010]图4A到4D为根据本公开的各种实施例的互连件的空气侧的俯视图。
[0011]图5A为根据本公开的各种实施例的交叉流互连件的燃料侧的俯视图，且图5B为图5A的互连件的空气侧的俯视图。
具体实施方式
[0012]图1A为固体氧化物燃料电池(SOFC)堆100的透视图，且图1B为根据本公开的各种实施例的堆100的一部分的截面图。参看图1A和1B，堆100包含由互连件10间隔开的燃料电池1。参看图1B，每一燃料电池1包括阴极电极3、固体氧化物电解质5和阳极电极7。
[0013]各种材料可用于阴极电极3、电解质5和阳极电极7。举例来说，阳极电极7可包括金属陶瓷，所述金属陶瓷包括含镍相和陶瓷相。含镍相可完全由处于还原态的镍组成。当其处于氧化态时，此相可形成氧化镍。因此，阳极电极7优选地在操作之前在还原气氛中退火以将氧化镍还原成镍。含镍相可包含除镍和/或镍合金以外的其它金属。陶瓷相可包括稳定氧化锆，如氧化钇和/或氧化钪稳定氧化锆，和/或掺杂二氧化铈，如氧化钆、氧化钇和/或氧化钐掺杂二氧化铈。
[0014]电解质可包括稳定氧化锆，如氧化钪稳定氧化锆(SSZ)或氧化钇稳定氧化锆(YSZ)。替代地，电解质可包括另一离子导电材料，例如掺杂二氧化铈。
[0015]阴极电极3可包括导电材料，如导电钙钛矿材料，如亚锰酸锶镧(LSM)。还可使用其它导电钙钛矿，如LSCo等，或金属，如Pt。阴极电极3还可含有类似于阳极电极7的陶瓷相。电极和电解质可各自包括上文所描述材料中的一或多者的一或多个子层。
[0016]燃料电池堆通常由呈平面元件、导管或其它几何结构的多个SOFC 1构建而成。尽管图1A中的燃料电池堆是竖直定向的，但燃料电池堆可水平定向或在任何其它方向上定向。可将燃料和空气提供到可为较大的电化学活性表面。举例来说，可通过形成于每一互连件10中的燃料管道22(例如，燃料立管开口)提供燃料。
[0017]每一互连件10电连接堆100中的邻近燃料电池1。具体地说，互连件10可使一个燃料电池1的阳极电极7与邻近燃料电池1的阴极电极3电连接。图1B展示下部燃料电池1位于两个互连件10之间。任选的Ni网可用于将互连件10与邻近燃料电池1的阳极电极7电连接。
[0018]每一互连件10包含至少部分地限定燃料通道8A的燃料肋12A和至少部分地限定氧化剂(例如，空气)通道8B的空气肋12B。互连件10可作为气体
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燃料分隔件操作，其将流向堆中的一个电池的燃料电极(即阳极7)的燃料(如烃燃料)与流向堆中的邻近电池的空气电极(即阴极3)的氧化剂(如空气)分隔开。在堆100的任一端处，可存在用于分别将空气或燃料提供到端电极的空气端板或燃料端板(未图示)。
[0019]每一互连件10可由导电材料制成或可含有导电材料，例如具有与电池中的固体氧化物电解质的热膨胀系数类似的热膨胀系数(例如，相差0至10％)的金属合金(例如，铬铁合金)。举例来说，互连件10可包括金属(例如铬铁合金，例如4
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6重量％铁、任选存在的1重量％或更少的钇和其余的铬合金)，并且可使一个燃料电池1的阳极侧或燃料侧与邻近燃料电池1的阴极侧或空气侧电连接。可在阳极电极7与每一互连件10之间提供导电接触层，如镍接触层。可在阴极电极3与每一互连件10之间提供另一任选的导电接触层，如亚锰酸锶镧和/或锰钴氧化物尖晶石层。
[0020]图2A为根据本公开的各种实施例的互连件10的空气侧的俯视图，且图2B为互连件10的燃料侧的俯视图。参看图1B和2A，空气侧包含空气通道8B。空气穿过空气通道8B流动到邻近燃料电池1的阴极电极3。环形密封件20可包围互连件10的燃料孔22A，以防止燃料与阴极电极接触。外围条形密封件24位于互连件10的空气侧的外围部分上。密封件20、24可由玻璃或玻璃陶瓷材料形成。外围部分可为不包含肋或通道的升高平台。外围区的表面可与肋
12B的顶部共平面。
[0021]参看图1B和2B，互连件10的燃料侧可包含燃料通道8A和燃料歧管28。燃料从燃料孔22A中的一者(例如，形成燃料入口立管的部分的入口孔)流动到邻近歧管28中、穿过燃料通道8A并且流动到邻近燃料电池1的阳极7。过量燃料可流动到另一燃料歧管28中，且接着流动到出口燃料孔22B中。框形密封件26安置于互连件10的燃料侧的外围区上。外围区可为不包含肋或通道的升高平台。外围区的表面可与肋12的顶部共平面。
[0022]如图2A和2B中所展示，燃料孔22A、22B中的一者本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池互连件，其包括：燃料肋，其安置于所述互连件的第一侧上且至少部分地限定燃料通道；及空气肋，其安置于所述互连件的相对第二侧上且至少部分地限定空气通道，其中：所述燃料通道包括安置于中心燃料场中的中心燃料通道和安置于外围燃料场中的外围燃料通道，所述外围燃料场安置于所述中心燃料场的相对侧上；所述空气通道包括安置于中心空气场中的中心空气通道和安置于外围空气场中的外围空气通道，所述外围空气场安置于所述中心空气场的相对侧上；且所述中心燃料通道或所述中心空气通道中的至少一者具有与相应外围燃料通道或相应外围空气通道中的至少一者不同的横截面积或长度中的至少一者，以增加穿过所述中心燃料通道的氢燃料流或增加穿过所述外围空气通道的空气流。2.根据权利要求1所述的燃料电池互连件，其中所述中心燃料通道具有比所述外围燃料通道大的横截面积。3.根据权利要求2所述的燃料电池互连件，其中：所述中心燃料通道的宽度大于所述外围燃料通道的宽度；且所述中心燃料通道的所述横截面积比所述外围燃料通道的所述横截面积大约5％至约40％。4.根据权利要求1所述的燃料电池互连件，其中所述中心燃料通道具有比所述外围燃料通道短的长度。5.根据权利要求1所述的燃料电池互连件，其进一步包括：燃料歧管，其形成于所述互连件的所述第一侧中且流体地连接到所述燃料通道；及燃料孔，其安置于所述燃料歧管中的每一者中且延伸穿过所述互连件。6.根据权利要求5所述的燃料电池互连件，其中所述外围燃料通道和对应燃料肋中的至少一些延伸到所述燃料歧管中，使得更接近于所述中心燃料场安置的外围燃料通道长于更远离所述中心燃料场安置的外围燃料通道。7.根据权利要求5所述的燃料电池互连件，其中所述燃料歧管中的每一者在所述燃料孔附近具有最大深度且在所述互连件的相对边缘附近具有最小深度。8.根据权利要求5所述的燃料电池互连件，其进一步包括燃料减震器，所述燃料减震器安置于所述燃料歧管中且经配置以减少穿过所述外围燃料通道的燃料质量流，其中所述燃料减震器和所述燃料通道在垂直方向上纵向延伸。9.根据权利要求1所述的燃料电池互连件，其进一步包括燃料拦截器，所述燃料拦截器安置于所述外围燃料场中且经配置以减少穿过所述外围燃料通道的燃料质量流，其中所述燃料拦截器和所述外围燃料通道在垂直方向上纵向延伸。10.根据权利要求1所述的燃料电池互连件，其中所述燃料电池互连件包括铬铁合金，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：博隆能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：