用于防止大占地面积固体氧化物燃料电池柱中的热致应力裂纹的方法和装置制造方法及图纸

本申请涉及用于防止大占地面积固体氧化物燃料电池柱中的热致应力裂纹的方法和装置。一种制造用于电化学电池堆的互连件的方法包括提供互连件并且在将互连件放置到电化学电池堆中之前使互连件蠕变平坦化。池堆中之前使互连件蠕变平坦化。池堆中之前使互连件蠕变平坦化。

【技术实现步骤摘要】
用于防止大占地面积固体氧化物燃料电池柱中的热致应力裂纹的方法和装置


[0001]本公开总体上涉及燃料电池堆，并且具体涉及燃料电池互连件。

技术介绍

[0002]在高温燃料电池系统中，例如固体氧化物燃料电池(SOFC)系统，氧化流通过燃料电池的阴极侧，而燃料流通过燃料电池的阳极侧。氧化流通常是空气，而燃料流可以是烃燃料，例如甲烷、天然气、戊烷、乙醇或甲醇。燃料电池在750℃与950℃之间的典型温度下运行，能够使带负电荷的氧离子从阴极流动的物料流转移到阳极流动的物料流，在那里所述离子与游离氢或烃分子中的氢结合形成水蒸气和/或与一氧化碳结合形成二氧化碳。来自带负电荷的离子的过量电子通过在阳极与阴极之间完成的电路被引导回燃料电池的阴极侧，从而导致电流流过电路。
[0003]燃料电池堆可在内部或外部针对燃料和空气实现歧管化。在内部歧管化堆中，利用堆内所含的立管将燃料和空气分配到每个电池。换句话说，气体流经每个燃料电池的支撑层(例如电解质层)中的开口或孔和每个电池的气流分离器。在外部歧管化堆中，堆在燃料和空气的入口和出口侧是开放的，并且燃料和空气独立于堆硬件引入和收集。例如，入口和出口的燃料和空气在堆与堆所在的歧管外壳之间的独立通道中流动。
[0004]燃料电池堆通常由平面元件、管或其它几何形状的多个电池构建而成。燃料和空气必须被提供给电化学活性表面，所述表面可能很大。燃料电池堆的一个组件是所谓的气流分离器(在平面堆中称为气流分离板)，它将堆中的各个电池分开。气流分离板将流向堆中一个电池的燃料电极(即阳极)的燃料(例如氢气或烃燃料)与流向堆中相邻电池的空气电极(即阴极)的氧化剂(例如空气)分开。通常，气流分离板也被用作互连件，将一个电池的燃料电极与相邻电池的空气电极电连接。在这种情况下，充当互连件的气流分离板是由导电材料制成或含有导电材料。

技术实现思路

[0005]根据一个实施例，一种制造用于电化学电池堆的互连件的方法包括提供互连件并且在将互连件放置到电化学电池堆中之前使互连件蠕变平坦化。
[0006]根据另一个实施例，用于电化学电池堆的互连件包含燃料入口和出口，其通过所述互连件延伸到所述互连件的相对的第一和第二外围边缘附近；空气侧，其包含空气流场，所述空气流场包含空气侧肋材和空气通道，所述空气通道沿第一方向从所述互连件的第三外围边缘延伸到与第三外围边缘相对的所述互连件的第四外围边缘，和布置在所述互连件的所述第一和第二外围边缘上的立管密封表面，其中所述立管密封表面围绕所述燃料入口和出口；与所述空气侧相对的燃料侧，所述燃料侧包含燃料流场，所述燃料流场包含燃料侧肋材和燃料通道，所述燃料通道沿基本上垂直于所述第一方向的第二方向在所述燃料入口和出口之间延伸；以及涂层，所述涂层包含锰酸锶镧(LSM)或(Mn,Co)3O4尖晶石(MCO)中的至
少一种，位于所述空气侧肋材上但不在所述立管密封表面上，其中所述立管密封表面相对于延伸穿过所述空气侧肋材的顶端上的所述涂层的顶表面的平面是凹陷的。
附图说明
[0007]并入本文并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的示例性实施例，并且与上文给出的一般描述和下文给出的详细描述一起用于解释本公开的特征。
[0008]图1A是传统燃料电池柱的透视图。
[0009]图1B是包括在图1A的柱中的一个逆流固体氧化物燃料电池堆的透视图。
[0010]图1C是图1B的堆的一部分的侧剖视图。
[0011]图2A是图1B的堆的常规互连件的空气侧的俯视图。
[0012]图2B是图1B的堆的常规互连件的燃料侧的俯视图。
[0013]图3A是根据各种实施例的燃料电池堆的透视图。
[0014]图3B是根据各种实施例的图3A的堆的一部分的分解透视图。
[0015]图3C是根据各种实施例的包括在图3A的堆中的互连件的燃料侧的俯视图。
[0016]图3D是根据各种实施例的包括在图3A的堆中的燃料电池的示意图。
[0017]图4A是显示根据各种实施例的图3C的交叉流互连件的空气侧的平面视图。
[0018]图4B是显示根据各种实施例的图3C的交叉流互连件的燃料侧的平面视图。
[0019]图5是显示根据各种实施例的没有立管密封件的互连件的空气侧的平面视图。
[0020]图6A是根据各种实施例的图4A和4B的两个互连件以及组装在图3A的燃料电池堆中的燃料电池的剖面透视图。
[0021]图6B是显示根据各种实施例的图6A的燃料电池与互连件的燃料侧上的密封件的重叠的俯视图。
[0022]图7是根据各种实施例的含有覆盖在互连件上的SOFC(在透明视图中由虚线所示)的SOFC堆的一部分的平面视图。
[0023]图8A是根据各种实施例的图7的互连件的一部分的垂直横截面视图。
[0024]图8B是根据各种实施例在涂层已施加至空气侧肋材后的图8A的互连件的一部分的垂直横截面视图。
[0025]图8C是根据各种实施例的图7的互连件的一部分的垂直横截面视图，所述部分具有与图8A不同的高度轮廓。
[0026]图8D是根据各种实施例在涂层已施加至空气侧肋材后的图8C的互连件的一部分的垂直横截面视图。
具体实施方式
[0027]参考附图详细地描述各种实施例。附图未必按比例绘制，且旨在说明本公开的各种特征。在可能的情况下，将在整个图式中使用相同的附图标记来指代相同或相似部分。对特定示例和实施方式的引用是出于说明性目的，并不旨在限制本公开或权利要求书的范围。
[0028]范围在本文中可以表示为从“约”一个特定值，和/或至“约”另一个特定值。当表示此类范围时，实例包括从一个特定值和/或至另一个特定值。类似地，当值通过使用先行词
“
约”或“基本上”表示为近似值时，应理解，特定值形成另一个方面。在一些实施例中，“约X”的值可包括+/
‑
1％ X的值。应进一步理解，每个范围的端点相对于另一个端点来说都是重要的，并且独立于另一个端点。
[0029]图1A是常规燃料电池柱30的透视图，图1B是包括在图1A的柱30中的一个逆流SOFC堆20的透视图，并且图1C是图1B的堆20的一部分的侧剖视图。
[0030]参照图1A和1B，柱30可包括一或多个堆20、燃料入口导管32、阳极排气导管34和阳极进料/返回组件36(例如，阳极分隔板(ASP)36)。柱30还可包括侧挡板38和压缩组件40。侧挡板38可通过陶瓷连接件39连接到压缩组件40和下方的堆组件(未示出)。燃料入口导管32与ASP 36流体连接，并被配置为向每个ASP 36提供燃料进料，而阳极排气导管34与ASP 36流体连接，并被配置为接收来自每个ASP 36的阳极燃料排气。
[0031]ASP 36布置在堆20之间，并被配置为向堆20提供含有烃燃料的燃料饲料并接收来自堆20的阳极燃料排气。例如，ASP 36可与堆20中形成的内部燃料立管通道22流体连接，如下文本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制造用于电化学电池堆的互连件的方法，其包含：提供所述互连件；以及在将所述互连件放置到所述电化学电池堆中之前使所述互连件蠕变平坦化。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蠕变平坦化是在高温下在负载下进行。3.根据权利要求2所述的方法，其中：所述高温包含920℃至1100℃；所述负载包含100至500磅负载；以及所述蠕变平坦化进行4至60小时。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述蠕变平坦化是在氧化环境中进行，使得所述互连件在所述蠕变平坦化期间被氧化。5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包含：从所述互连件的表面去除金属氧化物；以及在位于所述互连件的空气流场中的空气侧肋材上形成包含锰酸锶镧(LSM)或(Mn,Co)3O4尖晶石(MCO)中的至少一种的涂层。6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包含在所述蠕变平坦化之前，在高于室温的温度下在所述氧化环境中执行所述互连件的初始氧化。7.根据权利要求6所述的方法，其中：所述去除金属氧化物发生在所述初始氧化之后和所述蠕变平坦化之前；以及所述形成涂层发生在所述蠕变平坦化之后。8.根据权利要求6所述的方法，其中：所述去除金属氧化物发生在所述初始氧化之后和所述蠕变平坦化之前；以及所述形成涂层发生在去除所述金属氧化物之后和所述蠕变平坦化之前。9.根据权利要求6所述的方法，其中：所述蠕变平坦化发生在所述初始氧化之后和去除所述金属氧化物之前；以及所述去除金属氧化物发生在所述蠕变平坦化之后和所述形成涂层之前。10.根据权利要求5所述的方法，其中所述去除金属氧化物发生在所述蠕变平坦化之后和所述形成涂层之前。11.根据权利要求5所述的方法，其中：空气侧进一步包含布置在所述空气流场的两个相对侧上并围绕燃料入口和出口的立管密封表面；以及所述立管密封表面相对于延伸穿过所述空气侧肋材的顶端上的所述涂层的顶表面的平面是凹陷的。12.根据权利要求1所述的方法，其中：所述互连件包含铬合金，所述铬合金包含3至6重量百分比的铁、0至1重量百分比的钇和94至97重量百分比的铬；所述互连件的密度是至少6.5克/立方厘米；以及所述互连件是通过粉末冶金方法形成。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述互连件包含所述铬合金，所述铬合金包含3至3.9重量百分比的铁和96.1至97重量百分比的铬。
14.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在所述蠕变平坦化之后...

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