專利名稱：燃料電池疊層組件的制作方法
本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.§119(e)要求于2004年11月30日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)系列號(hào)60/632042的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總的涉及結(jié)合多個(gè)燃料電池陣列的燃料電池堆。
背景技術(shù)：
近年來已在大量的研究中使用到固體氧化物燃料電池。固體氧化物燃料電池(SOFC)的主組分包括帶負(fù)電荷的氧離子傳導(dǎo)電解質(zhì)，它夾在兩個(gè)電極之間。在這些電池中，通過在正極(anode)氧化燃料如氫產(chǎn)生了電流，該燃料與傳導(dǎo)通過電解質(zhì)的氧離子反應(yīng)。在負(fù)極(cathode)通過還原分子氧產(chǎn)生了氧離子。
美國專利公報(bào)US2002/0102450和2001/0044041描述了固體電解質(zhì)燃料電池，該電池包括改進(jìn)的電極-電解質(zhì)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)包含固體電解質(zhì)片，該電解質(zhì)片有多個(gè)正極和負(fù)極，并結(jié)合到薄的柔軟無機(jī)電解質(zhì)片的相對(duì)面。一個(gè)例子公開，該電極不在電解質(zhì)片上形成連續(xù)的層，而是限定了多個(gè)不連續(xù)的區(qū)域或區(qū)帶。這些區(qū)域通過與其接觸的并延伸穿過電解質(zhì)片中的通路的導(dǎo)電體而電連接。該通路填充有導(dǎo)電性材料(通過互連接頭)。
美國專利5085455公開了薄的平滑的無機(jī)燒結(jié)片狀物。所公開的燒結(jié)片狀物具有足以彎曲但不斷裂的強(qiáng)度和柔韌性以及在大范圍溫度下的優(yōu)異穩(wěn)定性。所公開的一些組合物例如氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯YSZ(Y2O3-ZrO2)可用作燃料電池的電解質(zhì)。已知在足夠的溫度下(如約725℃或更高)，氧化鋯電解質(zhì)具有良好的離子電導(dǎo)和非常低的電子電導(dǎo)。美國專利5273837公開，使用這類組合物來形成抗熱沖擊的固體氧化物燃料電池。
美國專利公報(bào)US2001/0044043描述了利用具有粗糙界面層的基本上平的、平滑的電解質(zhì)片的固體電解質(zhì)燃料電池。該公報(bào)公開的電解質(zhì)片的厚度低于45微米。陶瓷電解質(zhì)片在這種厚度下是柔軟的。
此外，燃料電池經(jīng)受大的熱循環(huán)和大的熱梯度，這會(huì)在電解質(zhì)片中引起熱應(yīng)力。此外，固定的電解質(zhì)片將以與其框架的熱膨脹速率不同的速率膨脹，這會(huì)引起電解質(zhì)片的破裂。電解質(zhì)片中的缺陷可能導(dǎo)致需要替換整個(gè)電池或電解質(zhì)裝置。
已知有時(shí)基底型固體氧化物燃料電池使用金屬合金作為隔離物。這些構(gòu)型在例如題為“與含鉻合金隔離物接觸的SOFC負(fù)極的電化學(xué)特性”(YoshidoMatsuzaki和Isami Yasuda，Solid state Ionics 132(2000)271-278)中有描述。
還可用多孔的支持結(jié)構(gòu)支持固體氧化物燃料電池，如美國專利5486428中所公開的。在多孔支持結(jié)構(gòu)中的是密封的波紋狀陶瓷平板，這些平板形成氧或燃料的通道。更具體地說，美國專利5486428公開了燃料電池模塊，各模塊具有支持多個(gè)電極的多孔基底。電解質(zhì)層位于這些電極之上，另一電極層位于該電解質(zhì)層之上。該多孔支持結(jié)構(gòu)形成了集合了這些層的整體，而且不可與這些層分開。該專利公開，燃料電池層直接與多孔支持結(jié)構(gòu)粘合，因此其制作約束條件限制了燃料電池的構(gòu)型。例如，電池層通常在不同的溫度燒結(jié)。通常，正極和電解質(zhì)在1400℃或更高的溫度燒結(jié)，而負(fù)極的理想燒結(jié)溫度是1200℃或更低的溫度。因此燃料電池層必須以燒結(jié)溫度降低的順序堆積。但是，有利的是燃料電池陣列能夠具有其它的構(gòu)型設(shè)計(jì)而不需要擔(dān)心制作約束條件。此外，多孔支持結(jié)構(gòu)相對(duì)較厚，因此制作起來昂貴。美國專利6194095公開了一類燃料電池堆，該電池堆包含形成于注入到多孔塑料介電片中的電解質(zhì)之上的燃料電池陣列，通過該電解質(zhì)膜而實(shí)現(xiàn)電池-電池之間的導(dǎo)電互連。所公開的設(shè)計(jì)使用到裝配于燃料電池陣列之間的空氣流動(dòng)歧管單元以及燃料歧管單元。具有額外的空氣和燃料歧管單元并將它們裝配于燃料電池陣列之間增加了該燃料電池堆的復(fù)雜性和成本。
美國專利5416057公開了一種涂覆的交替熱交換器裝置及其生產(chǎn)方法。該熱交換器包含多個(gè)位于陶瓷體內(nèi)的通道。此專利沒有公開這種裝置在燃料電池中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一個(gè)方面是燃料電池疊層組件，它包含(i)多個(gè)燃料電池包(packet)，各個(gè)包包含(a)框架(frame)和(b)兩個(gè)平的電解質(zhì)支持的燃料電池陣列，該燃料電池陣列的排列使得一個(gè)燃料電池陣列的正極一側(cè)對(duì)著另一燃料電池陣列的正極一側(cè)，且該框架和該燃料電池陣列限定了燃料室；(ii)主外殼(enclosure)，它封裝有多個(gè)包，這樣所述多個(gè)包形成多個(gè)氧化劑通道；(iii)至少一個(gè)可移除的限制器平板，它與多個(gè)包一起形成多個(gè)氧化劑通道；(iv)進(jìn)口氧化劑增壓歧管，與氧化劑通道的一側(cè)連接；(v)出口氧化劑增壓歧管，與氧化劑通道的另一側(cè)連接；(vi)進(jìn)口燃料歧管，與各燃料室的一側(cè)連接；和(vii)出口燃料歧管，與所述各燃料室的另一側(cè)連接。
下文將對(duì)本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)描述，這些對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都是顯而易見的，或者通過實(shí)施本文(包括下文的詳細(xì)描述、權(quán)利要求書以及附圖)所述的發(fā)明而能夠認(rèn)識(shí)到的。
應(yīng)理解，之前的一般性描述以及下文就本申請(qǐng)實(shí)施例做出的詳細(xì)描述都僅僅是為理解所聲稱的本發(fā)明的性質(zhì)和特征而提供的一個(gè)總的看法或框架。包括了附圖，以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，這些附圖被引入并作為說明書的一部分。附圖描述了本發(fā)明的各種實(shí)施方式，與說明書一起解釋了本發(fā)明的原理和操作。
附圖簡(jiǎn)述

圖1A示意性闡述了燃料電池堆的一個(gè)例子的分解圖。
圖1B是圖1A燃料電池堆的一個(gè)例子的示意性橫截面圖。
圖1C示意性闡述了燃料電池堆另一實(shí)施例的分解圖。
圖2A是圖1A和1C燃料電池堆中使用的一個(gè)燃料電池包的透視圖。
圖2B是圖2A燃料電池包的示意性橫截面圖，該電池包包括具有內(nèi)部燃料分配噴嘴的包框架。
圖3A-3C示意性闡述了包中的管和歧管之間的各種示例性連接。
圖4A和4B是示例性燃料電池堆的兩個(gè)透視圖。
圖5闡述了包括燃料電池陣列的示例性電源/電線輸出組件。
圖6是圖5所示的電源/電線輸出的橫截面示意圖。
優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述以下將結(jié)合本發(fā)明的這些優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，這些實(shí)施方式的例子在附圖中闡述。在全部附圖中盡可能使用相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)示相同或類似的部分。
本發(fā)明的一個(gè)例子顯示在圖1A和1B中，全部用附圖標(biāo)記100表示該例子。圖1A示意性闡述了燃料電池疊層組件100的分解圖。圖1B是圖1A所示燃料電池疊層組件的一個(gè)實(shí)施方式的示意性橫截面圖。圖1A還闡述了燃料電池包110的分解圖。更具體而言，圖1A闡述了使用平的SOFC(固體氧化物燃料電池)疊層設(shè)計(jì)的燃料電池疊層組件100，該疊層設(shè)計(jì)插入置于包110之內(nèi)的在燃料電池陣列對(duì)之間形成的分離的單個(gè)燃料室中。圖2是圖1A的燃料電池堆中使用的一個(gè)燃料電池包110的透視圖。
圖1A和1B的燃料電池疊層組件100的實(shí)施方式包含一個(gè)主外殼，該外殼封裝有多個(gè)燃料電池包110。各燃料電池包110包括(a)包框架120，包括定位固定物120A，它含有用于貫穿螺栓120C(為了便于表示，僅顯示一個(gè))的孔120B，和包框架燃料進(jìn)口和包框架燃料出口121、121’；和(b)兩個(gè)平的電解質(zhì)支持的燃料電池陣列125，各含有電解質(zhì)片和多個(gè)安排在該電解質(zhì)片兩側(cè)的電極。一組螺母120D接合該螺栓120C，施加壓縮力，并將該包保持在它們各自的位置上。排列燃料電池陣列125，使各燃料電池陣列125的正極一側(cè)125A面對(duì)著另一燃料電池陣列125的正極一側(cè)125A。該包框架120與所述兩個(gè)燃料電池陣列125一起形成了燃料室130。
在此實(shí)施例中，該主外殼150包含兩個(gè)L形的面板(端板)152，形成氧化劑(如空氣)室155的壁。該主外殼150將多個(gè)電池包110封裝在氧化劑室155內(nèi)，這樣該多個(gè)包110形成多個(gè)氧化劑通道160。該L形面板152還含有用于將燃料電池包接合到正確位置的定位狹槽220’和用于使燃料提供到位于燃料電池包110之內(nèi)的燃料室130的燃料包管狀孔221。該主外殼150還包括至少一個(gè)、優(yōu)選兩個(gè)可移除的限流器平板170。該限流器平板170形成該主外殼的側(cè)壁，因此，它與該L形面板(端板)152一起形成了氧化劑室155。該限流器平板170包含多個(gè)狹槽172，各對(duì)應(yīng)于它們各自的氧化劑通道160。因此，在此實(shí)施例中，限流器平板與主外殼150的其余部分一起形成了所述多個(gè)位于空氣室155內(nèi)部的氧化劑通道160。
圖1A和1B的燃料電池疊層組件100還包括進(jìn)口氧化劑歧管180和出口氧化劑歧管190，以及進(jìn)口燃料歧管200和出口燃料歧管210。包110可操作地與進(jìn)口氧化劑歧管180和出口氧化劑歧管190連接，這樣氧化劑直接從燃料電池包110之間的進(jìn)口歧管180流出，并進(jìn)入出口氧化劑增壓歧管190。進(jìn)口氧化劑增壓歧管180位于該可移除的限流器平板170的附近，并且可操作性地與各氧化劑通道160的進(jìn)口側(cè)連接。進(jìn)口氧化劑歧管180使氧化劑(以箭頭A所示方向流動(dòng))流過限流器平板170的限流器平板狹槽172，流向由所述燃料電池包110形成氧化劑通道160。因此，氧化劑流入所述主外殼155，流過進(jìn)口氧化劑歧管180和可移除的限流器平板170，進(jìn)入氧化劑通道160。該出口氧化劑增壓歧管190與各氧化劑通道160的另一側(cè)(出口側(cè))相連。如果使用第二限流器平板170(未顯示)來控制氧化劑流出通道160，則氧化劑連續(xù)流過該第二限流器平板170(位于氧化劑通道160的出口側(cè)上)，并從位于該第二限流器平板170附近的出口增壓歧管190流出。
進(jìn)口燃料歧管200臨近L形端板152的頂端部分，并通過燃料歧管進(jìn)口管70A與包框架的進(jìn)口121連接，從而連接到各燃料室130(位于燃料電池包110之內(nèi))。出口燃料歧管210的連接管(出口管)70B通過框架出口121’與各燃料室130的其它側(cè)(燃料排出一側(cè))連接。
通過例如氣體分配進(jìn)口管70A將用于燃料電池裝置組件100的燃料進(jìn)料到框架120，該進(jìn)口管經(jīng)焊接或適當(dāng)?shù)拿芊獠牧?未顯示)與包框架120密封。此實(shí)施例的包框架120包含進(jìn)口和出口121、121’。更具體而言，燃料從(箭頭所示方向)進(jìn)口燃料歧管200流出，通過氣體分配進(jìn)口管70A，進(jìn)入包框架120的框架進(jìn)口121，然后通過框架120，通過內(nèi)部燃料分配噴嘴122(示于圖2B中)進(jìn)入燃料室130(正極室，由兩個(gè)電解質(zhì)片形成)。所排出的燃料通過燃料室到達(dá)框架120的內(nèi)部燃料分配噴嘴122，并到達(dá)框架出口121’，并通過連接管70B排到出口燃料歧管210。
將進(jìn)口管70A的大小設(shè)定成能直接適合該開口孔121。類似地，將出口管70B的大小設(shè)定成能直接適合出口孔121’。在此實(shí)施例中，管70A、70B的熱膨脹比框架材料的熱膨脹高，在高溫(燃料電池堆的操作溫度)形成密封。這種密封也可使用另外一種密封材料而得到強(qiáng)化。
上述氧化劑流和燃料流一起傳輸，因?yàn)檠趸瘎┝骱腿剂狭魍ㄟ^/沿著包110沿著相同的方向流動(dòng)。其它實(shí)施例可使用相對(duì)的氧化劑流和燃料流方向以及交叉的氧化劑流和燃料流方向。
或者，可通過使用任選的燃料進(jìn)口包管70A’將進(jìn)口燃料歧管200連接到各燃料室130的包框架進(jìn)口121，管70A’與燃料歧管進(jìn)口管70A接合(這顯示在圖1C中)。此實(shí)施例還使用從各包110延伸出來的與連接管70B接合的燃料出口包管70B’，以實(shí)現(xiàn)出口燃料歧管210和各包110之間的連接。在此實(shí)施例中，燃料通過進(jìn)口燃料歧管200、歧管進(jìn)口管70A和燃料進(jìn)口包管70A’流進(jìn)主外殼，并進(jìn)入燃料室130’。然后燃料連續(xù)流過出口包管70B’、歧管出口管70B，進(jìn)入排出(出口)燃料歧管210。
在圖1C所示的實(shí)施例中，通過燃料增壓管200和管70A向燃料電池包110提供燃料。可通過以下描述的幾種不同方式將管70A通過燃料進(jìn)口包管70A’連接到燃料電池包110，或者將管70B通過燃料出口包管70B’連接到燃料電池包模塊110。有幾種將管70A和70B連接到管70A’和70B’的不同方法，下文的一些實(shí)施例也描述了將它們密封的幾種方法。
在一個(gè)實(shí)施例中，與管70A’和70B’相比，管70A和70B具有較大的外徑，且它們的內(nèi)徑大小可以接收管70A’和70B’，這樣在管70A、70B和管70A’、70B’之間有滑動(dòng)配合。此外，機(jī)械夾子79保持管70A連接到管70A’，同時(shí)保持管70B連接到管70B’。這在圖3A中闡述，圖3A顯示管70A’，它裝配密接在管70A之內(nèi)。或者，可使用玻璃密封、銅焊或其它適當(dāng)?shù)拿芊獯嬖摍C(jī)械夾子79來保持和密封這些連接管在一起。
在另一實(shí)施例中，管70A和70A’(和管70B和70B’)都由熱膨脹基本上相同的材料制成，并具有相同的機(jī)械加工的內(nèi)徑。管70A和70A’都能接收機(jī)械加工的外徑與管70A和70A’的內(nèi)部非常配合的塞管73。塞管73由熱膨脹較高的材料制成，這樣當(dāng)燃料電池疊層組件被加熱時(shí)，塞管73的膨脹大小要大于管70A和70A’(或管70B和70B’)，從而形成氣密性密封。這在圖3B中闡述。
或者，可使用密封材料，這樣當(dāng)管70A、70B與70A’、70B’接合時(shí)形成壓力密封。例如，可將管70A、70B加工成具有末端呈刀口邊緣的機(jī)械加工的外徑。這些管可分別與末端呈扁口狀(flat edge)的機(jī)械加工的內(nèi)徑的70A’、70B’接合，這樣在管70A和70A’以及管70B和70B’之間形成滑動(dòng)配合(slipfit)。可將軟的金屬墊圈525插入到管70A、70B’之上(埋頭孔法蘭)。當(dāng)?shù)犊谶吘壉粔旱皆撥浀慕饘賶|圈525上時(shí)，形成了氣密性密封(見圖3C)。通過將盤594插入半抓斗狀物(half clamshell)592的中空區(qū)域592’(未顯示)，然后粘合該軟的金屬墊圈525的另一半(這樣當(dāng)管70A和盤594轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們迫使該刀口邊緣壓入該墊圈525中)從而將該刀口邊緣壓到該軟的金屬墊圈525中。
還可使用Swagelok型接合裝置將管70A和70B連接到進(jìn)口管70A’和70B’?；蛘?，管70A和70A’可具有相同的內(nèi)徑和外徑，且可平接而相互密封。
在另一實(shí)施例中，管70A和70A’、70B和70B’具有相同的內(nèi)徑和相同的外徑。使用內(nèi)徑大于管70A或70A’(70A或70A’)的外徑的套管滑動(dòng)配合這些管，這樣管70A和70A’、70B和70B’相互接合。該套管的末端是密封的。這一方法可在熱或冷連接接合中使用，取決于銅焊的溫度。例如，銅焊溫度可高達(dá)700℃。
電能通過導(dǎo)電的電源輸出導(dǎo)線300從燃料電池包110中轉(zhuǎn)移(見圖2和4)。各包110具有多根電導(dǎo)線300。各導(dǎo)線300與燃料電池陣列125電連接，并通過例如絕緣墊圈(未顯示)與燃料電池陣列框架構(gòu)件即包框架120絕電隔離。外部電路連接器320與導(dǎo)線300之間的連接可通過例如具有凸連接(malejunction)和凹連接(female junction)(顯示在圖1C中)的快速斷路器(disconnect)來實(shí)現(xiàn)，所述連接外部覆蓋有高溫(較佳＞100℃、更佳＞150℃)聚合物。這些聚合物可以是例如硅氧烷或聚醚酮?？墒褂闷渌愋偷碾娺B接。它們是例如彈簧式夾具型夾子；彈簧式接觸-襯墊連接；凸和凹的滑動(dòng)互連件；栓形凸的和凹的連接。還可使用螺母和鏍栓來將導(dǎo)電導(dǎo)線300的冷接點(diǎn)接合到來自電力負(fù)荷的電路連接器320。通過螺母和鏍栓的接合可通過例如位于導(dǎo)電導(dǎo)線300的導(dǎo)線孔300’和電路連接器320的類似孔中的鏍栓來實(shí)現(xiàn)(SOFC需要首先掉電，且在室溫下)。然后，可使用鏍栓來固定這種連接?；蛘撸墒褂酶邷劂~焊、銀焊接或銀焊將線連接到導(dǎo)線；也可使用焊料(solders)和銅焊料(brazes)將電路連接器320連接到導(dǎo)電導(dǎo)線300，也可使用電池型夾子。還可使用其它導(dǎo)電性連接。
在示例性燃料電池疊層組件100中，燃料電池包110包括粘附于框架120的兩個(gè)電解質(zhì)片126。燃料電池陣列125是電解質(zhì)支持的燃料電池陣列。在這些例子中，燃料電池陣列125由厚度低于45微米、優(yōu)選低于25微米的電解質(zhì)片126構(gòu)成。電解質(zhì)片在其一個(gè)側(cè)面125A支持多個(gè)正極127和在其另一側(cè)面125B支持多個(gè)負(fù)極128。正極127和負(fù)極128通過互連件129(未顯示)相互連接，該互連件129位于電解質(zhì)片126的通路孔中。優(yōu)選的是，框架120的CTE接近電解質(zhì)片126的CTE，使熱應(yīng)力最小。如果電解質(zhì)片126由部分穩(wěn)定的氧化鋯(如3YSZ)制成，則優(yōu)選的是框架120的CTE(CTE＝ΔL/LΔT)約為9-13ppm/℃，優(yōu)選是10-12ppm/℃。
密封劑60將電解質(zhì)片126粘合到框架120。優(yōu)選的是，密封劑60是氣密性密封劑，例如是一種玻璃料密封劑或金屬銅焊料。也可使用其它氣密性密封劑。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，框架120是金屬框架。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，該框架是陶瓷框架。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，主外殼由金屬合金制成。
包110松散地固定在在所有包都共有的單一空氣(氧化劑)室155中?？諝馐?55向負(fù)極128提供空氣或氧氣，以使該燃料電池能夠運(yùn)作。燃料進(jìn)口歧管和燃料出口歧管200、210和L型端板152為包110提供了物理支持。包110還可包含定位固定物220，用于接收位于包框架120上的如桿、鏍栓和/或螺母，以在包之間提供所需的空間。在氧化劑室155內(nèi)安排燃料包可使氧化劑分別流到氧化劑通道160中，這些通道由包110將其相互分開。鄰近的包110的燃料電池陣列的負(fù)極側(cè)125B相互面對(duì)，形成氧化劑通道160的側(cè)壁。如上所述，燃料電池疊層組件100也包括可移除的限流器平板170，該限流器平板與主外殼150一起形成多個(gè)氧化劑通道160。在此實(shí)施例中，限流器平板170包括多個(gè)狹槽172，用這些狹槽來限制和平衡氧化劑通道160內(nèi)的空氣壓力。
通過燃料包的間隔可部分測(cè)定空氣流速和壓力降，而且可通過修改端板152的設(shè)計(jì)而容易地調(diào)整所述流速和壓力降。氧化劑室155利用進(jìn)口增壓歧管和出口增壓歧管180、190(分別與各氧化劑通道160的內(nèi)側(cè)和外側(cè)連接)來幫助限定燃料電池疊層組件100中最終的空氣流速和空氣壓力降。將進(jìn)口增壓歧管180設(shè)計(jì)成使多個(gè)氧化劑通道160內(nèi)的空氣壓力和空氣流速相等。增壓歧管裝置可包括限流器平板。在本實(shí)施例中，進(jìn)口增壓歧管180鄰接含有流動(dòng)限流器172的限流器平板170，該流動(dòng)限流器172是與各氧化劑通道160的進(jìn)口關(guān)聯(lián)的金屬合金片中的狹槽或一系列孔，如圖1A和1B所示。
圖4A和4B是燃料電池疊層組件100的兩張透視圖，該組件包括進(jìn)口增壓歧管180和排出增壓歧管190、兩片L型端板152和包括三個(gè)燃料電池包110的主外殼150。圖4A闡述了L型端板152，它包括L型終板152的12組定位狹槽220’，用于接收包框架120的互補(bǔ)(complimentary)定位固定物220。因此，該L型端板152能夠支持共有氧化劑(空氣)室155中的12個(gè)包。圖4A顯示了3個(gè)包110。包110由從定位狹槽220’突出的定位固定物220來表示?？諝膺M(jìn)料增壓管(底部)180和出口增壓管(頂部)190是可見的。燃料進(jìn)口200被隱藏，空氣進(jìn)口增壓歧管180被遮蔽在底部。圖4B描述圖4A所示燃料電池疊層組件100(里面具有3個(gè)包)的另一透視圖。此圖顯示燃料進(jìn)料200、燃料排出物210、空氣排出增壓管190和空氣進(jìn)口增壓管180(被遮蔽)。
圖5闡述了示例性的電源/電線輸出裝置，它含有包框架120、燃料電池陣列125、導(dǎo)電導(dǎo)線300、應(yīng)力釋放扣件(一個(gè)被遮蔽)330以及導(dǎo)電連接材料340。這此實(shí)施例中，導(dǎo)電連接材料起到兩個(gè)作用導(dǎo)線材料與連接正極或負(fù)極的墊片之間的導(dǎo)電和機(jī)械粘合。導(dǎo)電性導(dǎo)線300與具有導(dǎo)電材料340(如Ag-Pd金屬陶瓷)的導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)(在負(fù)極上，或者在與正極或負(fù)極相連的空氣通道一側(cè))連接。還使導(dǎo)電性導(dǎo)線300與使用應(yīng)力釋放扣件330和桿320的電絕緣體/間隔物310接觸。應(yīng)力釋放扣件330與桿320連接，使用帶螺紋的(如螺母&鏍栓)裝置或連接粘合物(如金屬陶瓷或玻璃)為導(dǎo)電性導(dǎo)線300提供應(yīng)力釋放。
圖6是圖5所示電源/電線輸出的橫截面示意圖，該輸出包含包框架120、兩個(gè)燃料電池陣列125、導(dǎo)電電線300、應(yīng)力釋放扣件330、陶瓷絕緣體310、連接材料350和導(dǎo)電連接材料340。導(dǎo)電性導(dǎo)線300與(i)具有導(dǎo)電材料340(如Ag-Pd金屬陶瓷)的導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)(在負(fù)極上，或者在與正極或負(fù)極相連的空氣通道一側(cè))和(ii)使用應(yīng)力釋放扣件330和桿320的電絕緣體/間隔物310連接。使用連接材料(如玻璃料)將陶瓷絕緣體310固定到框架。應(yīng)力釋放扣件330可連接到桿上，并使用帶螺紋的(如螺母&鏍栓)裝置或連接粘合物(如金屬陶瓷或玻璃)為導(dǎo)電性導(dǎo)線300提供應(yīng)力釋放。
參見圖6，在一個(gè)例子中，導(dǎo)電性導(dǎo)線300連接到導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)延伸入燃料電池陣列125處于密封60之上的部分中。這給導(dǎo)電接合點(diǎn)和材料340提供了額外的機(jī)械完整性?；蛘?，導(dǎo)電性導(dǎo)線300連接到遠(yuǎn)離燃料電池陣列125的密封區(qū)域60的導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)?；蛘?，桿320可由導(dǎo)電性材料(如不銹鋼或Ag)制得，從而使得導(dǎo)電性導(dǎo)線300共同導(dǎo)電。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見地知道，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可對(duì)本發(fā)明做出各種修改和變動(dòng)。因此，本發(fā)明還包括這些修改和變動(dòng)，只要它們?cè)诟綆У臋?quán)利要求及其等價(jià)形式的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池疊層組件，它包含(i)多個(gè)燃料電池包，各個(gè)包包含(a)框架和(b)兩個(gè)平的電解質(zhì)支持的燃料電池陣列，所述陣列的排列使得一個(gè)燃料電池陣列的正極一側(cè)對(duì)著另一燃料電池陣列的正極一側(cè)，且所述框架和所述陣列限定燃料室；(ii)主外殼，它封裝所述包，這樣所述多個(gè)包形成多個(gè)氧化劑室；(iii)可移除的限制器平板，它與所述主外殼一起形成所述多個(gè)氧化劑室；(iv)進(jìn)口氧化劑增壓歧管，它與氧化劑室的一側(cè)連接；(v)出口氧化劑增壓歧管，它與氧化劑室的另一側(cè)連接；(vi)進(jìn)口燃料歧管，它與燃料室的一側(cè)連接；和(vii)出口燃料歧管，它與所述燃料室的另一側(cè)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池疊層組件，其特征在于，所述燃料電池陣列是電解質(zhì)支持的燃料電池陣列，其中電解質(zhì)的厚度小于45微米。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料電池疊層組件，其特征在于，所述框架是金屬框架。
4.如權(quán)利要求1所述的燃料電池疊層組件，其特征在于，所述框架是陶瓷框架。
5.如權(quán)利要求1所述的燃料電池疊層組件，其特征在于，所述主外殼由金屬合金制成。
6.如權(quán)利要求1所述的燃料電池疊層組件，其特征在于，所述包與所述進(jìn)口氧化劑增壓歧管和出口氧化劑增壓歧管連接，這樣該氧化劑直接從所述進(jìn)口氧化劑增壓歧管流過所述包，流向所述出口氧化劑增壓歧管。
7.如權(quán)利要求1所述的燃料電池疊層組件，其特征在于，所述包含有與所述燃料電池陣列連接的電連接，且所述包與該燃料電池陣列框架構(gòu)件電絕緣。
全文摘要
一個(gè)示例性的燃料電池裝置組件是如下的燃料電池疊層組件，它包含(i)多個(gè)燃料電池包，各個(gè)包包含(a)框架和(b)兩個(gè)平的電解質(zhì)支持的燃料電池陣列，該燃料電池陣列的排列使得一個(gè)燃料電池陣列的正極一側(cè)對(duì)著另一燃料電池陣列的正極一側(cè)，且該框架和該燃料電池陣列限定了燃料室；(ii)主外殼，它封裝有多個(gè)包，這樣所述多個(gè)包形成多個(gè)氧化劑通道；(iii)至少一個(gè)可移除的限制器平板，它與主外殼一起形成多個(gè)氧化劑通道；(iv)進(jìn)口氧化劑增壓歧管，與氧化劑通道的一側(cè)連接；(v)出口氧化劑增壓歧管，與氧化劑通道的另一側(cè)連接；(vi)進(jìn)口燃料歧管，與各燃料室的一側(cè)連接；和(vii)出口燃料歧管，與所述各燃料室的另一側(cè)連接。
文檔編號(hào)H01M8/12GK101069319SQ200580041010
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2005年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者J·E·科特萊特, P·迪普, S·C·波拉德 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司