本发明专利技术公开了一种单电池单元的预装结构、装配方法及无接触应力的SOC电堆结构；其中，单电池单元的预装结构包括第一金属连接体、导电镍网、第一密封件、单电池片、第二密封件以及第二金属连接体，该预装结构在结构上通过密封辅助垫片、第一密封件和第二密封件使单电池单元的各部分形成间隔，并通过留有预设间隙的形式，使预装结构在加热装配过程中各零件之间不会因热膨胀产生接触应力，有效改善了目前的电堆结构因热膨胀作用而导致的电堆使用效果不佳、使用寿命降低问题。此外，本发明专利技术还公开了针对该预装结构的装配方法以及根据该方法装配而成的单电池单元所组成的无接触应力SOC电堆结构，该电堆结构装配更精密，具备更良好的热膨胀应对能力。
1、高温固体氧化物电池（soc）包括高温固体氧化物燃料电池（sofc）和高温固体氧化物电解池（soec），其是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学电能转化装置，理论能量密度高，被普遍认为是在未来会得到广泛普及应用的一种燃料电池。
2、soc电堆由多个相同的单电池单元堆叠而成。一个单电池单元由单电池片、金属连接体以及密封材料构成。单电池片由阳极、阴极和电解质构成。一方面，由于soc系统在运行过程中会受到温度变化的影响，不同材料由于其具有不同的热膨胀系数，当处于不同温度时，会发生不同程度的热膨胀。如果单个电池、连接体和密封件的材料具有相同或极其相近的热膨胀系数，那么在温度变化时，系统各部分之间的相对位移较小，因热膨胀不匹配而引起的应力可以忽视。但实际上，各个组件的热膨胀系数存在着一定的差异。如何避免组件之间的热应力是在设计电堆时需要着重考虑的问题。
3、另一方面，单电池单元与单电池单元之间通过密封件连接，密封件的材料一般为玻璃陶瓷材料。密封电堆的操作方法是将组装好的进行烧结，烧结温度一般为1000℃左右，具体温度由材料属性决定。以玻璃陶瓷为例，在高温烧结条件下，玻璃陶瓷软化，与金属连接体的表面形成一种致密的接触层并粘接在一起，之后降温冷却，玻璃陶瓷重新凝固，将相邻的连接体牢固地密封起来。
>1、本专利技术的主要目的在于提供一种单电池单元的预装结构、装配方法及无接触应力soc电堆，以解决现有技术中soc电堆在必要的高温烧结过程中因热膨胀产生的应力导致电堆成品不佳的问题。2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种单电池单元的预装结构，所述预装结构包括：
3、第一金属连接体，所述第一金属连接体的表面设有反应区流道，所述第一金属连接体在所述反应区流道的两端分别开设有凹陷，每个凹陷内分别安置有一个密封辅助垫片，所述密封辅助垫片的周面与所述凹陷的内壁留有第一预设间隙；
4、导电镍网，所述导电镍网覆盖于所述反应区流道上；
5、第一密封件，所述第一密封件包括支撑区和安装区，所述支撑区分别由两个密封辅助垫片支撑；
6、单电池片，所述单电池片包括电解质层和分别位于所述电解质层两侧的阳极涂层和阴极涂层，所述电解质层的轮廓面积大于所述阳极涂层的轮廓面积、所述阴极涂层的轮廓面积，所述电解质层置于所述第一密封件的安装区上且所述第一密封件的厚度大于所述导电镍网与所述阳极涂层的厚度之和；
7、第二密封件，所述第二密封件分别安装在所述第一密封件的两端，并位于所述支撑区远离两个密封辅助垫片的一侧，所述第二密封件的厚度大于所述电解质层与所述阴极涂层的厚度之和，所述第二密封件与所述电解质层的轮廓边缘留有第二预设间隙，以及，
8、第二金属连接体，所述第二金属连接体由所述第二密封件支撑并对所述单电池片形成覆盖。
9、可选地，所述凹陷与所述密封辅助垫片、所述导电镍网与所述反应区流道、所述密封辅助垫片与所述第一密封件、所述第一密封件与所述第二密封件、所述第二密封件与所述第二金属连接体中至少一组通过粘接剂定位固定。
10、可选地，所述导电镍网的表面积与所述单电池片的阳极涂层表面积或阴极涂层表面积相同。
11、可选地，密封辅助垫片的高度大于等于所述凹陷的深度。
12、可选地，所述密封辅助垫片的热膨胀系数与所述第一金属连接体的热膨胀系数相同。
13、另一方面，本专利技术还提供一种单电池单元的装配方法，所述装配方法应用于如前所述的单电池单元的预装结构，所述装配方法包括：
14、向所述预装结构施加垂直于所述第二金属连接体的机械负载并全程保持；
15、对所述预装结构以第一加热速度加热至t1温度；
16、保持所述t1温度持续第一预设时长并向所述预装结构的阴极通入空气，阳极通入吹扫气；
17、对所述预装结构以第二加热速度加热至t2温度；
18、保持所述t2温度持续第二预设时长并向所述预装结构的阴极通入空气，阳极通入吹扫气；
19、暂停加热以使所述预装结构自然冷却至t3温度；
20、保持所述t3温度持续第三预设时长并向所述预装结构的阴极通入空气、阳极通入燃料气；
21、停止加热并保持所述预装结构的阴极通入空气，阳极通入吹扫气至所述预装结构自然冷却至室温。
22、可选地，所述机械负载压力范围为400n~800n。
23、可选地，所述第一加热速度在1℃/min~2℃/min，所述t1温度为250℃~300℃，所述第一预设时长为2h~3h。
24、可选地，所述第二加热速度为1℃/min~5℃/min内，所述t2温度在850℃~1100℃内，所述第二预设时长在4h~8h内。
25、可选地，所述t3温度在700℃~800℃内，所述第三预设时长在2h~3h内。
26、再一方面，本专利技术还提供一种无接触应力的soc电堆，所述无接触应力的soc电堆包括由若干个单电池单元层叠而成的单电池阵列以及分别安装在所述单电池阵列一端的第一端板和所述单电池阵列另一端的第二端板，其中，至少一个单电池单元通过如前所述的装配方法装配而成。
27、与现有电堆结构相比，本专利技术的单电池单元的预装结构及基于该单电池单元制成的电堆结构至少具有以下有益效果：通过在第一金属连接体的反应区流道两端分别开设的凹陷以及安装在凹陷内的密封辅助垫片，支撑第一密封件并将其与反应区流道隔离；而在第一密封件的安装区安装有单电池片且单电池片与安装在第二金属连接体上的导电镍网隔离，在第一密封件上继续叠放第二密封件并以第二金属连接体形成对单电池片的覆盖，各安装组件之间通过第一预设间隙、第二预设间隙、第三预设间隙以及第三预设间隙为高温烧结过程产生的形变预留空间，从而在烧结过程以及形成一个单电池单元的成品后内部各组件均不会因热膨胀而产生来自相邻组件的压应力或拉应力，最终形成无接触应力的单电池单元成品以及相应的电堆结构。该单电池单元的预装结构可以避免目前已有的单电池安装结构由于未考虑烧结过程产生组件形变而造成的内部接触应力从而影响产品良品率及性能。
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【技术保护点】
1.一种单电池单元的预装结构，其特征在于，所述预装结构包括：
2.根据权利要求1所述的预装结构，其特征在于，所述凹陷与所述密封辅助垫片、所述导电镍网与所述反应区流道、所述密封辅助垫片与所述第一密封件、所述第一密封件与所述第二密封件、所述第二密封件与所述第二金属连接体中至少一组通过粘接剂定位固定。
3.根据权利要求2所述的预装结构，其特征在于，所述导电镍网的表面积与所述单电池片的阳极涂层表面积或阴极涂层表面积相同。
4.根据权利要求3所述的预装结构，其特征在于，密封辅助垫片的高度大于等于所述凹陷的深度。
5.根据权利要求4所述的预装结构，其特征在于，所述密封辅助垫片的热膨胀系数与所述第一金属连接体的热膨胀系数相同。
6.一种单电池单元的装配方法，所述装配方法应用于如权利要求2~5任一所述的单电池单元的预装结构，其特征在于，所述装配方法包括：
7.根据权利要求6所述的装配方法，其特征在于，所述机械负载压力范围为400N~800N。
8.根据权利要求6所述的装配方法，其特征在于，所述第一加热速度在1℃/min~2℃/min，所述T1温度为250℃~300℃，所述第一预设时长为2h~3h。
9.根据权利要求6所述的装配方法，其特征在于，所述第二加热速度为1℃/min~5℃/min内，所述T2温度在850℃~1100℃内，所述第二预设时长在4h~8h内。
10.根据权利要求6所述的装配方法，其特征在于，所述T3温度在700℃~800℃内，所述第三预设时长在2h~3h内。
11.一种无接触应力SOC电堆，其特征在于，所述无接触应力的SOC电堆包括由若干个单电池单元层叠而成的单电池阵列以及分别安装在所述单电池阵列一端的第一端板和所述单电池阵列另一端的第二端板，其中，至少一个单电池单元通过如权利要求6~10任一所述的装配方法装配而成。
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【技术特征摘要】
1.一种单电池单元的预装结构，其特征在于，所述预装结构包括：
2.根据权利要求1所述的预装结构，其特征在于，所述凹陷与所述密封辅助垫片、所述导电镍网与所述反应区流道、所述密封辅助垫片与所述第一密封件、所述第一密封件与所述第二密封件、所述第二密封件与所述第二金属连接体中至少一组通过粘接剂定位固定。
3.根据权利要求2所述的预装结构，其特征在于，所述导电镍网的表面积与所述单电池片的阳极涂层表面积或阴极涂层表面积相同。
4.根据权利要求3所述的预装结构，其特征在于，密封辅助垫片的高度大于等于所述凹陷的深度。
5.根据权利要求4所述的预装结构，其特征在于，所述密封辅助垫片的热膨胀系数与所述第一金属连接体的热膨胀系数相同。
6.一种单电池单元的装配方法，所述装配方法应用于如权利要求2~5任一所述的单电池单元的预装结构，其特征在于，所述装配方法包括：
7.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘雨禾，雷宪章，和永，廖长江，
申请(专利权)人：成都岷山绿氢能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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