專利名稱：一種新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫水蒸氣電解制氫領(lǐng)域，特別涉及一種新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體 氧化物電解池堆。
背景技術(shù)：
高溫固體氧化物電解池是一種高效、低污染的能量轉(zhuǎn)換裝置，利用其電解水蒸汽 制氫是目前能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題，具有廣闊的發(fā)展前景。高溫固體氧化物電解池堆技 術(shù)的發(fā)展是其實(shí)用化的關(guān)鍵。高溫固體氧化物電解池的操作條件為高溫環(huán)境，對(duì)于平板式 電堆，高溫下的密封問題能否解決是該技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。目前平板式固體氧化物電解池堆的密封要求可分為兩個(gè)層面，首先是保證高溫下 運(yùn)行時(shí)的良好密封，其次是在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電堆的熱循環(huán)操作。對(duì)于前者，目前一般的固體 氧化物電解池堆一般容易實(shí)現(xiàn)，而多次熱循環(huán)問題是目前平板式固體氧化物電解池堆發(fā)展 的一個(gè)難點(diǎn)，也是能夠走向市場應(yīng)用的關(guān)鍵性能指標(biāo)之一。要解決熱循環(huán)問題，除了發(fā)展新 型的密封材料之外，改進(jìn)電堆的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是另一條有效途徑。一般的平板式固體氧化物電解池堆包括電解池片、雙極板和密封材料，為了保證 密封效果，電解池片的兩側(cè)一般都附有密封材料，通常的密封為陶瓷材料與金屬材料接觸， 由于金屬材料和陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，在進(jìn)行熱循環(huán)操作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的機(jī)械 應(yīng)力，從而導(dǎo)致電解池片的開裂。良好的電堆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效的減少電堆在高溫下運(yùn)行 時(shí)，以及電堆溫度升降時(shí)熱應(yīng)力對(duì)電解池片穩(wěn)定性的影響。從電解池堆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度，需 要盡可能減少電解池片與相鄰組件的接觸，即在保證良好密封的前提下，密封的接觸面盡 量小。基于上述設(shè)計(jì)思路，需要一種新型密封結(jié)構(gòu)提高平板式固體氧化物電解池堆熱循環(huán) 性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了現(xiàn)有技術(shù)的平板式固體氧化物電解池堆的密封在進(jìn)行熱循 環(huán)操作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的機(jī)械應(yīng)力，從而導(dǎo)致電解池片的開裂的問題，采用改進(jìn)的雙極板和 密封框設(shè)計(jì)，有效地減少電解池密封面，從而有助于解決平板式固體氧化物電解池堆的熱 循環(huán)問題，提出了一種新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆，其特征在于，新型密封 結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆，包括頂板1、底板7和至少兩個(gè)以上的平板式固體氧化 物電解池單元；2 100個(gè)平板式固體氧化物電解池單元串接組成平板式固體氧化物電解 池堆，一級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的第一塊金屬雙極板6陰極面為上級(jí)平板式固體 氧化物電解池單元的第二塊金屬雙極板6陰極面，一級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的第 二塊金屬雙極板6陽極面為下級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的第一塊金屬雙極板6陽極 面，底板7的陽極面代替了第一級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的第一塊金屬雙極板陽極 面，頂板1的陰極面代替了末級(jí)平板式固體氧化物電解池單元第二塊金屬雙極板陰極面， 用螺桿穿過頂板1和底板7上的螺栓孔8并用絕緣套管和絕緣墊片將平板式固體氧化物電解池單元串接成平板式固體氧化物電解池堆，底板7的陽極面為平板式固體氧化物電解 池堆的陽極，頂板1的陰極面為平板式固體氧化物電解池堆的陰極，底板7上與氧氣流道 11平行的一組氣體進(jìn)出孔道12和每級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的空氣和氧氣回路連 通，該組氣體進(jìn)出孔道12為平板式固體氧化物電解池堆與外部連接的空氣和氧氣進(jìn)出口， 底板7上與氧氣流道11垂直的氣體進(jìn)出孔道12和每級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的水 蒸氣和氫氣回路連通，該組氣體進(jìn)出孔道12為平板式固體氧化物電解池堆與外部連接的 水蒸氣和氫氣進(jìn)出口 ；所述平板式固體氧化物電解池單元的自下而上結(jié)構(gòu)為，第一塊金屬雙極板6陽極 面向上，陽極集流網(wǎng)5置于金屬雙極板6陽極面的氧氣流道11的區(qū)域上，金屬密封框4置 于第一塊金屬雙極板6上，金屬密封框4有凹槽9的陰極面向上，金屬密封框4的氣孔10 和第一塊金屬雙極板6上的氣孔10互相對(duì)準(zhǔn)，金屬密封框4陽極面與第一塊金屬雙極板6 陽極面之間用外密封13密封和絕緣，其中，在金屬密封框4的4條邊內(nèi)各有1條外密封13， 在氧氣流道11區(qū)域的兩側(cè)各有1條與氧氣流道11平行的外密封13，將兩排與氧氣流道11 平行的氣孔10和兩排與氧氣流道11垂直的氣孔10隔開，固體氧化物電解池片3嵌裝在金 屬密封框4的凹槽9內(nèi)，4條內(nèi)密封14在凹槽9內(nèi)將固體氧化物電解池片3與金屬密封框 4密封和絕緣，固體氧化物電解池片3的氧電極朝下，固體氧化物電解池片3的氫電極和金 屬密封框4的陰極面在同一平面內(nèi)，陽極集流網(wǎng)5置于固體氧化物電解池片3的氧電極和 第一塊金屬雙極板6陽極面之間，陰極集流網(wǎng)2置于固體氧化物電解池片3的氫電極上，第 二塊金屬雙極板6陰極面向下置于陰極集流網(wǎng)2，第二塊金屬雙極板6陰極面上的氫氣流 道15與第一塊金屬雙極板6陽極面上的氧氣流道11互相正交，第二塊金屬雙極板6的氣 孔10也和金屬密封框4上的氣孔10互相對(duì)準(zhǔn)，金屬密封框4與第二塊金屬雙極板6陰極 面之間用外密封13密封和絕緣，其中，在金屬密封框4的4條邊內(nèi)各有1條外密封13，在氫 氣流道15區(qū)域的兩側(cè)各有1條與氫氣流道15平行的外密封13，將兩排與氫氣流道15平行 的氣孔10和兩排與氫氣流道15垂直的氣孔10隔開，在整個(gè)平板式固體氧化物電解池單元 中，第一塊金屬雙極板6、陽極集流網(wǎng)5、固體氧化物電解池片3、陰極集流網(wǎng)2和第二塊金屬 雙極板6的電接觸形成串聯(lián)電路，兩塊金屬雙極板6以及金屬密封框4上的兩排與氫氣流 道15垂直的氣孔10和第二塊金屬雙極板6上的氫氣流道15構(gòu)成水蒸氣和氫氣回路，兩塊 金屬雙極板6以及金屬密封框4上的兩排與氧氣流道11垂直的氣孔10和第一塊金屬雙極 板6上的氧氣流道11構(gòu)成空氣和氧氣回路。所述金屬密封框4的每邊都有一排氣孔10，金屬密封框4陰極平面的內(nèi)邊緣有凹槽9。所述金屬雙極板6的每邊都有一排氣孔10，金屬雙極板6的氣孔10和金屬密封框 4對(duì)應(yīng)的氣孔10位置、數(shù)量和大小都相同。所述金屬雙極板6陽極平面上的氧氣流道11為互相平行的溝槽，金屬雙極板6陰 極平面上的氫氣流道15為互相平行的溝槽，氧氣流道11和氫氣流道15互相垂直，氧氣流 道11和氫氣流道15互相不通透，其深度均為金屬雙極板6厚度的20 30%。所述底板7的四個(gè)角上各有一個(gè)螺栓孔8，每邊都有一條通透的氣體進(jìn)出孔道12， 每條氣體進(jìn)出孔道12的位置對(duì)準(zhǔn)金屬密封框4上對(duì)應(yīng)的氣孔10。所述底板7陽極平面上的氧氣流道11為互相平行的溝槽。
所述頂板1的四個(gè)角上各有一個(gè)螺栓孔8，頂板1的各螺栓孔8和底板7對(duì)應(yīng)的螺 栓孔8位置和大小都相同。所述頂板1的陰極平面上的氫氣流道15為互相平行的溝槽。所述金屬雙極板6的材料為耐高溫合金Cr基不銹鋼或Ni基不銹鋼。所述金屬密封框4的材料為耐高溫合金Cr基不銹鋼或Ni基不銹鋼。所述外密封13的密封材料為玻璃或陶瓷，內(nèi)密封14的密封材料為微晶玻璃。所述陰極集流網(wǎng)2的材料為鎳網(wǎng)或泡沫鎳。所述陽極集流網(wǎng)5的材料為鉬網(wǎng)或金網(wǎng)。本發(fā)明的有益效果為①針對(duì)平板式高溫固體氧化物電解池密封問題，通過電堆 密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)，設(shè)置一金屬密封框，將外密封和內(nèi)密封分開，可有效減少固體氧化物電解池 片與相鄰組件的接觸面積，減少因不同組件熱膨脹系數(shù)差異帶來的熱應(yīng)力，保持固體氧化 物電解池片的穩(wěn)定；②采用本設(shè)計(jì)的電解池堆所用電解池片不需打孔，避免了固體氧化物 電解池片進(jìn)一步加工帶來的機(jī)械強(qiáng)度降低等問題，并且降低電堆成本；③本發(fā)明的電堆進(jìn) 出氣孔道均通過底板進(jìn)行，與外部氣路的連接操作更為方便，增強(qiáng)了電堆拆裝的穩(wěn)定性。本發(fā)明有效地提高平板式固體氧化物電解池堆的密封效果和熱循環(huán)穩(wěn)定性，對(duì)于 高溫固體氧化物電解池技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。


圖1為本發(fā)明的三級(jí)固體氧化物電解池堆實(shí)施例整體分解示意圖；圖2為平板式固體氧化物電解池單元密封設(shè)置局部剖面圖；圖3a為密封框陽極面示意圖密封設(shè)置示意圖；圖北為密封框陰極面示意圖密封設(shè)置示意圖；圖如為金屬雙極板陽極面示意圖；圖4b為金屬雙極板陰極面示意圖；圖5為底板陽極面示意圖；圖6為頂板陰極面示意圖。圖中，1-頂板；2-陰極集流網(wǎng)；3-固體氧化物電解池片；4-金屬密封框；5-陽極集 流網(wǎng)；6-金屬雙極板；7-底板；8-螺栓孔；9-凹槽；10-氣孔；11-氧氣流道；12-氣體進(jìn)出 孔道；13-外密封；14-內(nèi)密封，15-氫氣流道。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明 僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。圖1為本發(fā)明的三級(jí)固體氧化物電解池堆實(shí)施例整體分解示意圖。3個(gè)平板式固 體氧化物電解池單元串接組成平板式固體氧化物電解池堆。第二級(jí)平板式固體氧化物電解 池單元的第一塊金屬雙極板6陰極面為第一級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的第二塊金 屬雙極板6陰極面。第二級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的第二塊金屬雙極板6陽極面為 第三級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的第一塊金屬雙極板6陽極面。底板7的陽極面代替 了第一級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的第一塊金屬雙極板陽極面，頂板1的陰極面代替了第三級(jí)平板式固體氧化物電解池單元第二塊金屬雙極板陰極面。用螺桿穿過頂板1和底 板7上的螺栓孔8并用絕緣套管和絕緣墊片將3級(jí)平板式固體氧化物電解池單元串接成平 板式固體氧化物電解池堆。底板7的陽極面為平板式固體氧化物電解池堆的陽極，頂板1 的陰極面為平板式固體氧化物電解池堆的陰極。底板7上與氧氣流道11平行的一組氣體 進(jìn)出孔道12和每級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的空氣和氧氣回路連通，該組氣體進(jìn)出 孔道12為平板式固體氧化物電解池堆與外部連接的空氣和氧氣進(jìn)出口。底板7上與氧氣 流道11垂直的氣體進(jìn)出孔道12和每級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的水蒸氣和氫氣回路 連通，該組氣體進(jìn)出孔道12為平板式固體氧化物電解池堆與外部連接的水蒸氣和氫氣進(jìn) 出口。如圖1和圖2所示，平板式固體氧化物電解池單元的自下而上結(jié)構(gòu)為，第一塊金屬 雙極板6陽極面向上，陽極集流網(wǎng)5置于金屬雙極板6陽極面的氧氣流道11的區(qū)域上，金 屬密封框4置于第一塊金屬雙極板6上，金屬密封框4有凹槽9的陰極面向上，金屬密封框 4的氣孔10和第一塊金屬雙極板6上的氣孔10互相對(duì)準(zhǔn)。金屬密封框4陽極面與第一塊 金屬雙極板6陽極面之間用外密封13密封和絕緣，其中，在金屬密封框4的4條邊內(nèi)各有 1條外密封13，在氧氣流道11區(qū)域的兩側(cè)各有1條與氧氣流道11平行的外密封13，將兩 排與氧氣流道11平行的氣孔10和兩排與氧氣流道11垂直的氣孔10隔開，如圖3a所示。 固體氧化物電解池片3嵌裝在金屬密封框4的凹槽9內(nèi)，4條內(nèi)密封14在凹槽9內(nèi)將固體 氧化物電解池片3與金屬密封框4密封和絕緣，如圖北所示。固體氧化物電解池片3的氧 電極朝下，固體氧化物電解池片3的氫電極和金屬密封框4的陰極面在同一平面內(nèi)，陽極集 流網(wǎng)5置于固體氧化物電解池片3的氧電極和第一塊金屬雙極板6陽極面之間，陰極集流 網(wǎng)2置于固體氧化物電解池片3的氫電極上，第二塊金屬雙極板6陰極面向下置于陰極集 流網(wǎng)2，第二塊金屬雙極板6陰極面上的氫氣流道15與第一塊金屬雙極板6陽極面上的氧 氣流道11互相正交。第二塊金屬雙極板6的氣孔10也和金屬密封框4上的氣孔10互相 對(duì)準(zhǔn)，金屬密封框4與第二塊金屬雙極板6陰極面之間用外密封13密封和絕緣，其中，在金 屬密封框4的4條邊內(nèi)各有1條外密封13，在氫氣流道15區(qū)域的兩側(cè)各有1條與氫氣流 道15平行的外密封13，將兩排與氫氣流道15平行的氣孔10和兩排與氫氣流道15垂直的 氣孔10隔開，如圖北所示。外密封13的密封區(qū)域較大，其主要作用是將電解池內(nèi)部氣體 與外部環(huán)境隔離，其主要密封接觸面位于金屬雙極板6和金屬密封框4之間，對(duì)固體氧化物 電解池片3不會(huì)造成影響。內(nèi)密封14位于固體氧化物電解池片3和金屬密封框凹槽9之 間，只需要一側(cè)的密封，密封接觸面積很小，有效地減少了熱應(yīng)力對(duì)固體氧化物電解池片3 的破壞作用。外密封13所用的密封材料為玻璃或陶瓷，內(nèi)密封14所用的密封材料為微晶 玻璃。在整個(gè)平板式固體氧化物電解池單元中，第一塊金屬雙極板6、陽極集流網(wǎng)5、固 體氧化物電解池片3、陰極集流網(wǎng)2和第二塊金屬雙極板6中相鄰零件之間的電接觸形成串 聯(lián)電路。兩塊金屬雙極板6以及金屬密封框4上的兩排與氫氣流道15垂直的氣孔10和第 二塊金屬雙極板6上的氫氣流道15構(gòu)成水蒸氣和氫氣回路。兩塊金屬雙極板6以及金屬 密封框4上的兩排與氧氣流道11垂直的氣孔10和第一塊金屬雙極板6上的氧氣流道11 構(gòu)成空氣和氧氣回路。如圖3a和圖北所示，金屬密封框4的每邊都有一排氣孔10，金屬密封框4陰極平面的內(nèi)邊緣有凹槽9。金屬密封框4的材料為Cr基不銹鋼或M基不銹鋼耐高溫合金中的 2520不銹鋼或430不銹鋼。如圖如和圖4b所示，金屬雙極板6的每邊都有一排氣孔10，金屬雙極板6的氣 孔10和金屬密封框4對(duì)應(yīng)的氣孔10位置、數(shù)量和大小都相同。金屬雙極板6陽極平面上 的氧氣流道11為互相平行的溝槽，金屬雙極板6陰極平面上的氫氣流道15為互相平行的 溝槽，氧氣流道11和氫氣流道15互相垂直，氧氣流道11和氫氣流道15互相不通透，其深 度均為金屬雙極板6厚度的20 30%。金屬雙極板6的材料為Cr基不銹鋼或Ni基不銹 鋼耐高溫合金中的2520不銹鋼或430不銹鋼。如圖5所示，底板7的四個(gè)角上各有一個(gè)螺栓孔8，每邊都有一條通透的氣體進(jìn)出 孔道12，每條氣體進(jìn)出孔道12的位置對(duì)準(zhǔn)金屬密封框4上對(duì)應(yīng)的氣孔10。底板7陽極平 面上的氧氣流道11為互相平行的溝槽。底板7的材料為Cr基不銹鋼或M基不銹鋼耐高 溫合金中的2520不銹鋼或430不銹鋼。如圖6所示，頂板1的四個(gè)角上各有一個(gè)螺栓孔8，頂板1的各螺栓孔8和底板7 對(duì)應(yīng)的螺栓孔8位置和大小都相同。頂板1的陰極平面上的氫氣流道15為互相平行的溝 槽。頂板1的材料為Cr基不銹鋼或M基不銹鋼耐高溫合金中的2520不銹鋼或430不銹 鋼。陰極集流網(wǎng)2的材料為鎳網(wǎng)或泡沫鎳。陽極集流網(wǎng)5的材料為鉬網(wǎng)或金網(wǎng)。新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆主要裝配過程為首先檢查氣瓶、氣 路、電路及各部分設(shè)備是否正常，測(cè)試系統(tǒng)周圍環(huán)境是否符合實(shí)驗(yàn)安全要求。將電堆的底板 7置于一平臺(tái)上，底板7的陽極面向上，在底板7的氧氣流道區(qū)域上放置陽極集流網(wǎng)5，按照 圖3a和圖北將密封材料漿料涂覆在底板7陽極面的外密封13的區(qū)域，或者按照外密封13 的尺寸預(yù)先將密封材料加工成一定的形狀的密封條置于外密封13所示的部位。然后將金 屬密封框4陰極面置于底板7之上，將密封漿料或密封條置于金屬密封框4的凹槽9部分， 之后放置固體氧化物電解池片3，放置方式為固體氧化物電解池片3的氧電極朝下，邊緣的 電解質(zhì)部分與內(nèi)密封14接觸。固體氧化物電解池片3放置好之后按圖北在金屬密封框4 陰極面設(shè)置外密封13，在電解池片氫電極上放置陰極集流網(wǎng)2。之后將金屬雙極板6陰極 面向下放置在陰極集流網(wǎng)2上，接觸陰極集流網(wǎng)2的金屬雙極板6氫氣流道15應(yīng)與底板7 的氧氣流道11方向垂直。再在金屬雙極板的陽極面上設(shè)置外密封13，依次重復(fù)添加陽極集 流網(wǎng)5、金屬密封框4、內(nèi)密封14、固體氧化物電解池片3和陰極集流網(wǎng)2，按電解池片數(shù)的 多少重復(fù)裝配多個(gè)固體氧化物電解池單元。最后放置電堆的頂板1，用螺栓、絕緣套管和絕 緣墊片將平板式固體氧化物電解池堆固定。固定好的平板式固體氧化物電解池堆置于電爐 內(nèi)，連接好外部氣路、電流電壓導(dǎo)線，可進(jìn)行升溫操作。本發(fā)明適用于大規(guī)模的高溫水蒸氣電解制氫，密封效果和熱循環(huán)穩(wěn)定性的提高可 以延長固體氧化物電解池堆的使用壽命，從而降低制氫成本；另外，良好的熱循環(huán)穩(wěn)定性使 電堆可耐臨時(shí)停止供熱等外界偶然因素干擾，使制氫設(shè)施的安全性得到更好的保證。本發(fā) 明的這些性能將促進(jìn)高溫水蒸氣電解制氫技術(shù)實(shí)用化的進(jìn)程。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆，其特征在于，新型密封結(jié)構(gòu)的平 板式固體氧化物電解池堆，包括頂板(1)、底板(7)和至少兩個(gè)以上的平板式固體氧化物電 解池單元；2 100個(gè)平板式固體氧化物電解池單元串接組成平板式固體氧化物電解池堆， 一級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的第一塊金屬雙極板(6)陰極面為上級(jí)平板式固體氧 化物電解池單元的第二塊金屬雙極板(6)陰極面，一級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的第 二塊金屬雙極板(6)陽極面為下級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的第一塊金屬雙極板(6) 陽極面，底板(7)的陽極面代替了第一級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的第一塊金屬雙極 板陽極面，頂板(1)的陰極面代替了末級(jí)平板式固體氧化物電解池單元第二塊金屬雙極板 陰極面，用螺桿穿過頂板(1)和底板(7)上的螺栓孔(8)并用絕緣套管和絕緣墊片將平板 式固體氧化物電解池單元串接成平板式固體氧化物電解池堆，底板(7)的陽極面為平板式 固體氧化物電解池堆的陽極，頂板(1)的陰極面為平板式固體氧化物電解池堆的陰極，底 板(7)上與氧氣流道(11)平行的一組氣體進(jìn)出孔道(1 和每級(jí)平板式固體氧化物電解池 單元的空氣和氧氣回路連通，該組氣體進(jìn)出孔道(1 為平板式固體氧化物電解池堆與外 部連接的空氣和氧氣進(jìn)出口，底板(7)上與氧氣流道(11)垂直的氣體進(jìn)出孔道(1 和每 級(jí)平板式固體氧化物電解池單元的水蒸氣和氫氣回路連通，該組氣體進(jìn)出孔道(1 為平 板式固體氧化物電解池堆與外部連接的水蒸氣和氫氣進(jìn)出口 ；所述平板式固體氧化物電解池單元的自下而上結(jié)構(gòu)為，第一塊金屬雙極板(6)陽極面 向上，陽極集流網(wǎng)( 置于金屬雙極板(6)陽極面的氧氣流道(11)的區(qū)域上，金屬密封框 (4)置于第一塊金屬雙極板(6)上，金屬密封框(4)有凹槽(9)的陰極面向上，金屬密封框(4)的氣孔(10)和第一塊金屬雙極板(6)上的氣孔(10)互相對(duì)準(zhǔn)，金屬密封框(4)陽極面 與第一塊金屬雙極板(6)陽極面之間用外密封(1 密封和絕緣，其中，在金屬密封框(4) 的4條邊內(nèi)各有1條外密封(13)，在氧氣流道(11)區(qū)域的兩側(cè)各有1條與氧氣流道(11) 平行的外密封(13)，將兩排與氧氣流道(11)平行的氣孔(10)和兩排與氧氣流道(11)垂直 的氣孔(10)隔開，固體氧化物電解池片(3)嵌裝在金屬密封框⑷的凹槽(9)內(nèi)，4條內(nèi)密 封(14)在凹槽(9)內(nèi)將固體氧化物電解池片C3)與金屬密封框(4)密封和絕緣，固體氧化 物電解池片⑶的氧電極朝下，固體氧化物電解池片⑶的氫電極和金屬密封框⑷的陰 極面在同一平面內(nèi)，陽極集流網(wǎng)( 置于固體氧化物電解池片(3)的氧電極和第一塊金屬 雙極板(6)陽極面之間，陰極集流網(wǎng)(2)置于固體氧化物電解池片(3)的氫電極上，第二塊 金屬雙極板(6)陰極面向下置于陰極集流網(wǎng)O)，第二塊金屬雙極板(6)陰極面上的氫氣 流道(1 與第一塊金屬雙極板(6)陽極面上的氧氣流道(11)互相正交，第二塊金屬雙極 板(6)的氣孔(10)也和金屬密封框(4)上的氣孔(10)互相對(duì)準(zhǔn)，金屬密封框(4)與第二 塊金屬雙極板(6)陰極面之間用外密封(1 密封和絕緣，其中，在金屬密封框(4)的4條 邊內(nèi)各有1條外密封(13)，在氫氣流道(1 區(qū)域的兩側(cè)各有1條與氫氣流道(1 平行的 外密封(13)，將兩排與氫氣流道(1 平行的氣孔(10)和兩排與氫氣流道(1 垂直的氣 孔(10)隔開，在整個(gè)平板式固體氧化物電解池單元中，第一塊金屬雙極板(6)、陽極集流網(wǎng)(5)、固體氧化物電解池片(3)、陰極集流網(wǎng)( 和第二塊金屬雙極板(6)的電接觸形成串聯(lián) 電路，兩塊金屬雙極板(6)以及金屬密封框(4)上的兩排與氫氣流道(1 垂直的氣孔(10) 和第二塊金屬雙極板(6)上的氫氣流道(1 構(gòu)成水蒸氣和氫氣回路，兩塊金屬雙極板(6) 以及金屬密封框(4)上的兩排與氧氣流道(11)垂直的氣孔(10)和第一塊金屬雙極板(6)上的氧氣流道(11)構(gòu)成空氣和氧氣回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆，其特征在 于，所述金屬密封框(4)的每邊都有一排氣孔(10)，金屬密封框(4)陰極平面的內(nèi)邊緣有凹 槽(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆，其特征在 于，所述金屬雙極板(6)的每邊都有一排氣孔(10)，金屬雙極板(6)的氣孔(10)和金屬密 封框(4)對(duì)應(yīng)的氣孔(10)位置、數(shù)量和大小都相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆，其特征在 于，所述金屬雙極板(6)陽極平面上的氧氣流道(11)為互相平行的溝槽，金屬雙極板(6) 陰極平面上的氫氣流道(1 為互相平行的溝槽，氧氣流道(11)和氫氣流道(1 互相垂 直，氧氣流道(11)和氫氣流道(1 互相不通透，其深度均為金屬雙極板(6)厚度的20 30%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆，其特征 在于，所述底板(7)的四個(gè)角上各有一個(gè)螺栓孔(8)，每邊都有一條通透的氣體進(jìn)出孔道 (12)，每條氣體進(jìn)出孔道(12)的位置對(duì)準(zhǔn)金屬密封框⑷上對(duì)應(yīng)的氣孔(10)，底板(7)陽 極平面上的氧氣流道(11)為互相平行的溝槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆，其特征在 于，所述頂板⑴的四個(gè)角上各有一個(gè)螺栓孔(8)，頂板⑴的各螺栓孔⑶和底板(7)對(duì) 應(yīng)的螺栓孔(8)位置和大小都相同，頂板(1)的陰極平面上的氫氣流道(1 為互相平行的 溝槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆，其特征在 于，所述金屬雙極板(6)和金屬密封框的材料均為耐高溫合金Cr基不銹鋼或Ni基不 銹鋼。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆，其特征在 于，所述外密封(1 的密封材料為玻璃或陶瓷，所述內(nèi)密封(14)的密封材料為微晶玻璃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆，其特征在 于，所述陰極集流網(wǎng)O)的材料為鎳網(wǎng)或泡沫鎳。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆，其特征 在于，所述陽極集流網(wǎng)(5)的材料為鉬網(wǎng)或金網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公布一種新型密封結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物電解池堆，屬于高溫水蒸氣電解制氫領(lǐng)域。平板式固體氧化物電解池堆由頂板、底板和至少兩個(gè)以上的平板式固體氧化物電解池單元串接組成，固體氧化物電解池單元由金屬雙極板、金屬密封框、平板式固體氧化物電解池片和集流網(wǎng)組成，電解池片嵌裝在金屬密封框內(nèi)用內(nèi)密封條密封和絕緣。本發(fā)明通過電堆密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)，將外密封和內(nèi)密封分開，可有效減少電解池片與相鄰組件的接觸面積，減少因不同組件熱膨脹系數(shù)差異帶來的熱應(yīng)力，保持電解池片的穩(wěn)定，提高平板式固體氧化物電解池堆的密封效果和熱循環(huán)穩(wěn)定性，對(duì)于高溫固體氧化物電解池技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義，適用于大規(guī)模的高溫水蒸氣電解制氫。
文檔編號(hào)C25B1/06GK102134726SQ20111000382
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月10日
發(fā)明者于波, 張平, 張文強(qiáng), 徐景明 申請(qǐng)人:清華大學(xué)