專利名稱：一種平板式中溫固體氧化物燃料電池堆模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固體氧化物燃料電池(SOFC)，特別是工作溫度為中溫(600～800℃)的平板式電池堆，也就是一種平板式中溫固體氧化物燃料電池堆模塊。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的一種平板式中溫固體氧化物燃料電池堆模塊，由疊層排列的上蓋、單電池片、連接板和底板構(gòu)成，其內(nèi)設(shè)有燃料氣和氧化氣通道及進(jìn)、出口，所述上蓋、連接板和底板上設(shè)有放置密封材料的密封槽，所述上蓋、單電池片、連接板和底板為橫截面形狀相同的2n邊形(n為大于等于2的自然數(shù))，多邊形的角伸出形成長(zhǎng)角，該長(zhǎng)角處開有固定孔，由多邊形的邊疊成的面及上蓋和底板上、下面裝有加熱保溫片；所述連接板由鐵素體不銹鋼制成。
所述鐵素體不銹鋼選用0Cr17鐵素體不銹鋼技術(shù)效果更好。
所述密封槽所使用的密封材料采用柔性石墨可進(jìn)一步提高密封效果。
本發(fā)明所采用的電池堆包括工作區(qū)和固定區(qū)，電池堆的平面形狀為多邊形，多邊形的角伸出形成長(zhǎng)角并在角上開有螺栓固定孔，在螺栓固定孔中安裝螺栓以固定，形成固定區(qū)；靠多邊形的邊疊成的面及堆的上下兩面裝有加熱保溫片，各片連在一起圍成SOFC的工作區(qū)。固定區(qū)的溫度比工作區(qū)要低，可以通過加強(qiáng)加熱保溫片保溫效果和增加伸出長(zhǎng)角長(zhǎng)度的措施確保固定區(qū)的溫度低于螺栓發(fā)生高溫蠕變的溫度，這樣就可以通過熱膨脹自然實(shí)現(xiàn)壓緊密封，而且能夠經(jīng)受熱循環(huán)。如果發(fā)現(xiàn)熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力過大，可以在固定螺栓上加一彈簧以松弛應(yīng)力不致將單電池片壓破。此外，本發(fā)明采用鐵素體不銹鋼作連接極板。作為中溫SOFC的連接板，普通含鉻鎳的不銹鋼和耐熱鋼都可以滿足耐熱性要求，而且價(jià)格比Inconel 600，Inconel601，Hastelloy X，HA-230以及Cr5Fe1Y2O3要低得多，但連接板除耐熱性要求外，還要求熱膨脹系數(shù)與單電池片盡量接近，電子電導(dǎo)盡量高。綜合考慮這些因素，只有鐵素體不銹鋼最合適，優(yōu)先推薦0Cr17鐵素體不銹鋼。采用鐵素體不銹鋼作連接板，熱膨脹系數(shù)與單電池片非常接近，這樣在工作狀態(tài)下產(chǎn)生的熱應(yīng)力非常??；電子電導(dǎo)高，而且由于主要含鉻，即使在高溫下氧化，鉻的氧化物也能導(dǎo)電，這樣就便于連接板收集單電池片工作時(shí)產(chǎn)生的電流。也可以采用表面涂鉻酸鍶鑭的措施進(jìn)一步提高其抗氧化性。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，即采用低硫耐高溫的柔性石墨作密封材料。SOFC工作的密封要求是高溫下長(zhǎng)期保持低的氣體泄漏率、抗氧化、低硫含量、耐熱循環(huán)，新型的柔性石墨可以滿足這些要求。使用柔性石墨的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)產(chǎn)生微晶玻璃那樣因熱循環(huán)而出現(xiàn)的裂紋。柔性石墨墊圈置于連接板上的溝槽中，電池堆壓緊時(shí)柔性石墨被壓縮，連接板/單電池片以及連接板/連接板之間的接觸面密切接觸，而其中可能存在的某些微小縫隙所導(dǎo)致的氣體泄漏因柔性石墨墊圈存在而被阻止。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，n＝2，上蓋2、單電池片3、連接板4和底板5均為四邊形，其又疊層排列方式與現(xiàn)有技術(shù)相同，它們四角伸出形成固定孔1，固定孔1中安裝螺栓以固定，形成固定區(qū)。由上蓋2、單電池片3、連接板4和底板5的邊疊成的面及上蓋和底板上下面均裝有六片加熱保溫片6(上下兩片在圖中未畫出)，共同圍成SOFC的工作區(qū)。電池堆，固定區(qū)的溫度比工作區(qū)要低，低于螺栓發(fā)生高溫蠕變的溫度，這樣就可以通過熱膨脹自然實(shí)現(xiàn)壓緊密封。如果發(fā)現(xiàn)熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力過大，可以在固定螺栓上加一彈簧。固定螺栓與上蓋2、單電池片3、連接板4、底板5接觸處要絕緣。SOFC產(chǎn)生的電流從上蓋2和底板5引出。
圖3為電池堆內(nèi)連接板4的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3(a)所示，其上設(shè)有密封槽7、層間氣體通道8、層內(nèi)氣體通槽9，柔性石墨密封墊10位于密封槽7內(nèi)，為清楚起見，圖中將柔性石墨密封墊10單獨(dú)畫在圖3(b)中。燃料氣和氧化氣通道的設(shè)計(jì)可采用現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例中具體包括層間氣體通道8和層內(nèi)氣體通槽9。連接板4采用鐵素體不銹鋼制成，其中0Cr17鐵素體不銹鋼效果尤佳。
圖4是電池堆內(nèi)單電池片3的結(jié)構(gòu)示意圖，單電池片上也設(shè)有層間氣體通道8。
圖5為是電池堆內(nèi)上蓋2的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為俯視圖，(b)為A-A剖視圖，(c)為仰視圖，上蓋2上開有進(jìn)出氣孔11，供氧化氣和燃料氣進(jìn)出；上蓋還設(shè)有層間氣體通道8和層內(nèi)氣體通槽9，進(jìn)出氣孔11與上蓋上的層間氣體通道8相連通。
底板5的結(jié)構(gòu)如圖6所示，由于底板以下再無氣體通過，不須導(dǎo)引氣體到下層，所以層間氣體通道8可只設(shè)一對(duì)未貫通的槽，否則氣體往下漏掉不能返回出口。
加熱保溫片6的結(jié)構(gòu)如圖7所示，其中(a)為主視圖，(b)為截面圖，加熱保溫片上設(shè)有內(nèi)裝有電阻絲12的電阻絲套14和保溫層，電阻絲套14靠近電池堆內(nèi)，保溫層13朝電池堆外布置。
上面所說明的只是本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)在于將電池堆模塊分成固定區(qū)與工作區(qū)，并且采用了鐵素體不銹鋼制作連接板，從這二點(diǎn)及其實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員不難推舉出許多種具體實(shí)施方式
。
權(quán)利要求
1.一種平板式中溫固體氧化物燃料電池堆模塊，由疊層排列的上蓋、單電池片、連接板和底板構(gòu)成，其內(nèi)設(shè)有燃料氣和氧化氣通道及進(jìn)、出口，所述上蓋、連接板和底板上設(shè)有放置密封材料的密封槽，其特征在于所述上蓋、單電池片、連接板和底板為橫截面形狀相同的2n邊形(n為大于等于2的自然數(shù))，多邊形的角伸出形成長(zhǎng)角，該長(zhǎng)角處開有固定孔，由多邊形的邊疊成的面及上蓋和底板上、下面裝有加熱保溫片；所述連接板由鐵素體不銹鋼制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板式中溫固體氧化物燃料電池堆模塊，其特征在于所述鐵素體不銹鋼為0Cr17鐵素體不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平板式中溫固體氧化物燃料電池堆模塊，其特征在于所述密封槽所使用的密封材料為柔性石墨。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種平板式中溫固體氧化物燃料電池堆模塊,由疊層排列的上蓋、單電池片、連接板和底板構(gòu)成,其內(nèi)設(shè)有燃料氣和氧化氣通道及進(jìn)、出口,所述上蓋、連接板和底板上設(shè)有放置密封材料的密封槽,所述上蓋、單電池片、連接板和底板為橫截面形狀相同的2n邊形(n為大于等于2的自然數(shù)),多邊形的角伸出形成長(zhǎng)角,該長(zhǎng)角處開有固定孔,由多邊形的邊疊成的面及上蓋和底板上、下面裝有加熱保溫片;所述連接板由鐵素體不銹鋼制成。本發(fā)明不僅降低了制造成本,而且解決了高溫密封和抗熱循環(huán)問題,可在熱循環(huán)情況下實(shí)現(xiàn)有效的壓緊密封而又不產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力。
文檔編號(hào)H01M8/24GK1379495SQ0211588
公開日2002年11月13日 申請(qǐng)日期2002年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月22日
發(fā)明者謝光運(yùn), 崔崑, 肖建中, 錢曉良, 孫堯卿 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)