具有互连体的燃料电池系统技术方案

本发明专利技术包括具有多个相邻的电化学电池的燃料电池系统，所述电化学电池由阳极层、与所述阳极层间隔分开的阴极层和布置于所述阳极层和所述阴极层之间的电解质层形成。所述燃料电池系统还包括至少一个互连体，将所述互连体构造用于在相邻的电化学电池之间传导自由电子。每个互连体包括嵌入在电解质层内并构造用于传导自由电子的主要导体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术包括具有多个相邻的电化学电池的燃料电池系统，所述电化学电池由阳极层、与所述阳极层间隔分开的阴极层和布置于所述阳极层和所述阴极层之间的电解质层形成。所述燃料电池系统还包括至少一个互连体，将所述互连体构造用于在相邻的电化学电池之间传导自由电子。每个互连体包括嵌入在电解质层内并构造用于传导自由电子的主要导体。【专利说明】具有互连体的燃料电池系统政府权利 本专利技术由美国政府支持，在由能源部(the Department of Energy)授予的合同号DE-FE 0000303下完成。政府在本专利技术中具有一定的权利。专利
本专利技术总体上涉及燃料电池并特别涉及用于燃料电池的互连体。背景 燃料电池、燃料电池系统和用于燃料电池和燃料电池系统的互连体保持在受关注的领域。一些现有的系统相对于某些应用具有各种不足、缺陷和缺点。因此，在这个
中仍需要进一步的成果。概述 本专利技术包括具有互连体的燃料电池系统，所述互连体通过提供增加的扩散距离和减少的扩散流动面积来减少或消除燃料和氧化剂扩散(泄漏)。附图简述 本文的说明书参考附图，其中遍及数个视图，相似的附图标记指代相似的部件，其中: 图1示意性地描绘了根据本专利技术的实施方案的燃料电池系统的非限制性实例的一些方面。图2示意性地描绘了根据本专利技术的实施方案的燃料电池系统的横截面的非限制性实例的一些方面。图3为图2的互连体的一部分的放大横截面视图。图4A和4B描绘了互连体结构的一些替代实施方案。图5描绘了假设的互连体，在此与本专利技术的实施方案对比。图6A和6B分别地显示互连体的又一个实施方案的非限制性实例的一些方面的俯视图和侧视图。图7示意性地描绘了根据本专利技术实施方案的具有陶瓷密封的燃料电池系统的横截面的非限制性实例的一些方面。图8示意性地描绘了具有陶瓷密封的燃料电池系统的另一个实施方案的横截面的非限制性实例的一些方面。图9示意性地描绘了具有陶瓷密封的燃料电池系统的又一个实施方案的横截面的非限制性实例的一些方面。图10示意性地描绘了具有化学屏障的本专利技术实施方案的横截面的非限制性实例的一些方面。图11示意性地描绘了具有化学屏障的本专利技术实施方案的横截面的非限制性实例的一些方面。图12示意性地描绘了具有化学屏障和陶瓷密封的本专利技术实施方案的横截面的非限制性实例的一些方面。图13示意性地描绘了具有化学屏障和陶瓷密封的本专利技术实施方案的横截面的非限制性实例的一些方面。图14示意性地描绘了具有化学屏障的本专利技术实施方案的横截面的非限制性实例的一些方面。图15示意性地描绘了具有化学屏障的本专利技术实施方案的横截面的非限制性实例的一些方面。图16示意性地描绘了具有化学屏障、陶瓷密封和在阴极导体膜与电解质层之间的间隙的本专利技术实施方案的横截面的非限制性实例的一些方面。图17示意性地描绘了具有化学屏障、陶瓷密封和在互连体辅助导体与电解质层之间的间隙的本专利技术实施方案的横截面的非限制性实例的一些方面。图18示意性地描绘了具有化学屏障、陶瓷密封和在阴极导体膜与电解质层之间的隔离体的本专利技术实施方案的横截面的非限制性实例的一些方面。图19示意性地描绘了具有化学屏障、陶瓷密封和在互连体辅助导体与电解质层之间的隔离体的本专利技术实施方案的横截面的非限制性实例的一些方面。详述 为了促进对本专利技术的原理的理解，现在将参考附图中说明的实施方案，并用特定语言描述所述实施方案。但是应理解本专利技术的特定实施方案的说明和描述并非旨在限制本专利技术的范围。此外，所说明和/或描述的实施方案的任何改变和/或修改预期在本专利技术的范围内。此外，如本文所说明和/或描述的，如本专利技术所属领域技术人员通常想到的，本专利技术的原理的任何其它应用预期在本专利技术的范围内。参考附图和特别是图1，示意性地描绘了根据本专利技术实施方案的燃料电池系统10的非限制性实例的一些方面。在图1的实施方案中，描绘了本专利技术实施方案的方面的多个特征、组件和它们之间的相互关系。然而，本专利技术不限于图1的具体实施方案以及在图1中说明和本文描述的组件、特征和它们之间的相互关系。燃料电池系统10的本实施方案包括在基底14上形成的多个电化学电池12，即单独的燃料电池。电化学电池12通过互连体16串联偶联在一起。燃料电池系统10为沉积在平面多孔陶瓷管上的分节串联排布，但是应理解本专利技术可等价应用到在其它基底上的分节串联排布，例如在圆形多孔陶瓷管上。在多种实施方案中，燃料电池系统10可为集成的平板式燃料电池系统或管式燃料电池系统。本实施方案的每个电化学电池12具有氧化剂侧18和燃料侧20。所述氧化剂通常为空气，但是也可为纯氧(O2)或其它氧化剂，例如包括稀释空气，其用于具有空气再循环回路的燃料电池系统，并从氧化剂侧18提供到电化学电池12。本实施方案的基底14为多孔的，例如多孔陶瓷材料，其在燃料电池运行条件下是稳定的并且与其它燃料电池材料化学相容。在其它实施方案中，基底14可为表面改性材料，例如具有涂层或其它表面改性的多孔陶瓷材料，例如其配置用于阻止或减少电化学电池12层和基底14之间的相互作用。将燃料，例如重整的烃燃料，例如合成气，从燃料侧20经由多孔基底14内的通道(未显示)提供到电化学电池12。虽然空气和从烃燃料重整的合成气用于本实施方案，但应理解在不偏离本专利技术的范围下可利用使用其它氧化剂和燃料的电化学电池，例如，纯氢和纯氧。此外，虽然在本实施方案中，燃料经由基底14提供到电化学电池12，但应理解在本专利技术的其它实施方案中，氧化剂可经由多孔基底提供到电化学电池。参考图2，更加详细地描述了燃料电池系统10的非限制性实例的一些方面。燃料电池系统10可由丝网印刷在基底14上的多个层形成。丝网印刷为一种方法，其中织造网具有开口，所述燃料电池层经过所述开口沉积在基底14上。所述丝网的开口决定了印刷层的长度和宽度。网目、线直径、油墨固体载量和油墨流变性决定了印刷层的厚度。燃料电池系统10层包括阳极导电层22、阳极层24、电解质层26、阴极层28和阴极导电层30。在一种形式中，电解质层26由电解质子层26A和电解质子层26B形成。在其它实施方案中，电解质层26可由任何数量的子层形成。应理解为图2不是按比例；例如，为了说明清楚的目的放大了垂直尺寸。用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的互连体优选为导电的，以将电子从一个电化学电池传输至另一个；在燃料电池运行期间在氧化性和还原性环境两者下在机械上和化学上稳定；且为无孔的，以阻止燃料和/或氧化剂经过所述互连体扩散。如果所述互连体为多孔的，则燃料可扩散到氧化剂侧并燃烧，导致局部热点，其可导致燃料电池寿命的减少(例如，因为材料的劣化和机械故障)以及燃料电池系统降低的效率。相似地，氧化剂可扩散到燃料侦牝导致燃料的燃烧。严重的互连体泄漏可显著减少燃料电池的燃料利用率和性能，或导致燃料电池或堆的灾难性故障。对于分节串联电池，燃料电池组件可通过在多孔陶瓷基底(例如，基底14)上沉积薄膜而形成。在一种形式中，所述膜经由丝网印刷方法沉积，包括所述互连体。在其它实施方案中，可使用其它方法在所述基底上沉积或形成薄膜。互连体层的厚度可为5-30微米，但是也可以厚得多，例如100微米。如果所述互连体不是完全无孔的，例如由于烧结的多孔结构、微裂缝、空隙和其它在处理期间引入的缺陷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：刘智恩，R格特勒，
申请(专利权)人：LG燃料电池系统有限公司，
类型：
国别省市：