專利名稱：一種固體氧化物燃料電池堆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池，具體涉及一種固體氧化物燃料電池堆。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡(jiǎn)稱S0FC)屬于第三代燃料電池， 是一種在中高溫下將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固 態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。固體氧化物燃料電池大致分為兩種一種是圓柱型，其中電極和固態(tài)電解 質(zhì)均繞著圓柱面覆蓋，另一種是平面型，其中固態(tài)電解質(zhì)和電極都做成平面形狀。與圓柱型固體氧化物燃料電池相比，平面型固體氧化物燃料電池在單位體積內(nèi)具 有更高的功率密度，更加適用于在移動(dòng)裝置如汽車上使用，因此具有更加廣泛的使用前景。 平面型固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的核心部件是電池堆，電池堆是由多個(gè)固體氧化物燃料電 池單元形成的堆疊結(jié)構(gòu)。電池堆的穩(wěn)定性是決定整個(gè)固體氧化物燃料電池系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。影響 電池堆穩(wěn)定性的因素包括單電池壽命、電池堆密封性、電池與連接件之間的接觸界面的集 流效果，其中改善電池堆密封性是當(dāng)前固體氧化物燃料電池的研究熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)有技術(shù)中，平板型固體氧化物燃料電池的密封結(jié)構(gòu)主要有兩種，第一種密封結(jié) 構(gòu)是燃料和氧化劑氣體都密封，從而形成交叉或?qū)α鞯姆忾]式結(jié)構(gòu)；第二種密封結(jié)構(gòu)是氧 化劑氣體完全敞開(kāi)，只對(duì)燃料氣體密封。第一種密封結(jié)構(gòu)的主要問(wèn)題是在電池堆的制造過(guò)程中，由于燃料氣體和氧化劑氣 體都在密封的環(huán)境中，壓差較大，因此燃料氣體和氧化劑氣體容易產(chǎn)生串氣的問(wèn)題，從而造 成較多的電池堆廢品，提高了電池堆的制造成本。第二種密封結(jié)構(gòu)雖然可以克服燃料氣體 和氧化劑氣體高溫互相串氣的可能性，但是為了確保氧化劑氣態(tài)進(jìn)入電池的陰極，需要額 外提供一個(gè)氧化劑氣腔，氧化劑氣體腔容易與電池堆發(fā)生短路，導(dǎo)致電池堆不能穩(wěn)定運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種固體氧化物燃料電池堆，與現(xiàn)有技術(shù)相比， 該電池堆不但避免燃料氣體與氧化劑氣體發(fā)生串氣，并且有效的防止電池產(chǎn)生短路的問(wèn) 題，從而保證電池堆的運(yùn)行穩(wěn)定性。為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種固體氧化物燃料電池堆，包括上集流板、下集流板和容納在所述上集流板和下集流板之間的堆疊結(jié)構(gòu)；所述堆疊結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)連接件、設(shè)置在相鄰的兩個(gè)所述連接件之間的電池 片，所述連接件具有陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)，在所述連接件的陽(yáng)極側(cè)設(shè)置有氧化氣體密封件，在所 述連接件的陰極側(cè)設(shè)置有燃料氣體密封件；在所述堆疊結(jié)構(gòu)上設(shè)置有密閉氧化氣體進(jìn)氣通道、密閉燃料氣體進(jìn)氣通道和密閉 燃料氣體出氣通道，和敞開(kāi)的氧化氣體出氣通道。優(yōu)選的，所述連接件的兩側(cè)均設(shè)置有點(diǎn)陣排列的凸點(diǎn)和設(shè)置在所述凸點(diǎn)周圍的密封邊。優(yōu)選的，所述連接件陰極側(cè)的密封邊具有開(kāi)口部，所述開(kāi)口部與所述燃料氣體密 封件形成所述敞開(kāi)的氧化氣體出氣通道。優(yōu)選的，所述密閉氧化氣體進(jìn)氣通道由設(shè)置在所述氧化氣體密封件上的氧化氣體 進(jìn)氣孔、設(shè)置在所述電池片上的氧化氣體進(jìn)氣孔、設(shè)置在所述連接件上的氧化氣體進(jìn)氣孔 連通形成。優(yōu)選的，所述密閉燃料氣體流道由設(shè)置在所述燃料氣體密封件上的燃料氣體進(jìn)氣 孔、設(shè)置在所述電池片上的燃料氣體進(jìn)氣孔、設(shè)置在所述連接件上的燃料氣體進(jìn)氣孔連通 形成。優(yōu)選的，所述燃料氣體出氣通道由設(shè)置在所述氧化氣體密封件上的燃料氣體出氣 孔、設(shè)置在所述電池片上的燃料氣體出氣孔、設(shè)置在所述連接件上的燃料氣體出氣孔連通 形成。優(yōu)選的，所述呈點(diǎn)陣排列的凸點(diǎn)的高度為0. 3 1. 0mm。優(yōu)選的，所述間隔件上點(diǎn)陣排列的凸點(diǎn)與間隔件該側(cè)的元件接觸的有效接觸面積 占所述間隔件側(cè)面面積的比例為10% 50%。優(yōu)選的，所述密封邊的寬度為2mm 15mm。優(yōu)選的，所述上集流板、堆疊結(jié)構(gòu)和下集流板通過(guò)螺栓組件連接。本發(fā)明的提供了一種固體氧化物燃料電池堆，該電池堆包括密閉氧化氣體進(jìn)氣通 道、密閉燃料氣體進(jìn)氣通道、密閉燃料氣體出氣通道和敞開(kāi)的氧化氣體出氣通道。本發(fā)明提 供電池堆中的氧化氣體進(jìn)口封閉，出口敞開(kāi)。與現(xiàn)有技術(shù)中的氧化氣體進(jìn)出口完全封閉相 比，由于氧化氣體出口敞開(kāi)，內(nèi)部氣體壓差更小、流動(dòng)更加順暢，有效地解決了燃料與氧化 氣體互相串氣的可能，進(jìn)一步提高了電堆運(yùn)行的穩(wěn)定性和輸出性能。與現(xiàn)有技術(shù)中的氧化 氣體完全敞開(kāi)式的結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明無(wú)需額外設(shè)計(jì)氧化氣體進(jìn)口腔，從而可以避免引起電 堆短路等問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明提供的固體氧化物燃料電池堆組裝后的第一種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意 圖；圖2為本發(fā)明提供的固體氧化物燃料電池堆組裝后的第二種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意 圖；圖3為圖1所示的固體氧化物燃料電池堆的拆分示意圖；圖4為圖3所示的固體氧化物燃料電池堆中的連接件陰極側(cè)示意圖；圖5為圖3中的連接件陰極側(cè)的燃料氣體密封件示意圖；圖6為圖3中的連接件陽(yáng)極側(cè)示意圖；圖7為圖3中連接件陽(yáng)極側(cè)的氧化氣體密封件示意圖；圖8為泡沫鎳示意圖；圖9為單電池陽(yáng)極面示意圖；圖10為圖9所示的單電池陰極面示意圖；圖11為本發(fā)明實(shí)施例2中的電池堆測(cè)試的I-V曲線；
圖12為本發(fā)明實(shí)施例3中的電池堆的衰減曲線圖；圖13為本發(fā)明實(shí)施例3中的電池堆中單電池衰減曲線圖。
具體實(shí)施例方式為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是 應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的 限制。請(qǐng)參見(jiàn)圖1，為本發(fā)明提供的固體氧化物燃料電池堆一種實(shí)施方式示意圖，包括上 集流板1與下集流板2和容納在所述上集流板與下集流板之間的堆疊結(jié)構(gòu)3，上集流板1和 下集流板2通過(guò)螺桿組件加壓固定，螺桿組件優(yōu)選為金屬材質(zhì)的螺桿組件。本實(shí)施方式中， 螺桿組件4包括螺桿41和兩個(gè)螺栓42，在上集流板的四個(gè)邊上預(yù)加工有定位螺桿的螺桿支 撐la，在下集流板的四個(gè)邊上也預(yù)加工有與所述上集流板的螺桿支撐Ia位置對(duì)應(yīng)的螺桿 支撐。將螺桿定位在螺桿支撐Ia上以后，分別從上集流板外側(cè)和下集流板外側(cè)在螺桿的兩 個(gè)外端旋入螺栓，然后通過(guò)旋緊螺栓將上集流板、堆疊結(jié)構(gòu)、下集流板進(jìn)行加壓固定。本發(fā) 明采用螺桿組件將上集流板、下集流板和堆疊結(jié)構(gòu)在常溫下加壓固定，該種結(jié)構(gòu)便于拆卸， 有利于批量化組裝生產(chǎn)。請(qǐng)參見(jiàn)圖2，為本發(fā)明提供的固體氧化物燃料電池堆第二種實(shí)施方式的示意圖。與 第一種實(shí)施方式的區(qū)別在于，本實(shí)施方式的電池堆對(duì)上集流板、下集流板和堆疊結(jié)構(gòu)的固 定加壓方式進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)。本實(shí)施方式中，螺桿組件包括螺桿42、連接在所述螺桿兩端的第一螺桿固定件41 和第二螺桿固定件42，所述第一螺桿固定件41和第二螺桿固定件42設(shè)置在上集流板和下 集流板的內(nèi)側(cè)，將所述上集流板1、堆疊結(jié)構(gòu)3、下集流板3進(jìn)行加壓固定。所述兩個(gè)螺桿固 定件41、42具有相同的結(jié)構(gòu)，以下以第一螺桿固定件41為例進(jìn)行說(shuō)明。第一螺桿固定件具 有一個(gè)螺桿端41a和與所述螺桿端對(duì)應(yīng)的螺紋孔端41b，所述螺桿42的兩端分別與所述兩 個(gè)螺桿固定件的螺紋孔端配合。所述兩個(gè)螺桿固定件的螺桿端分別從上集流板和下集流板 的內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)固定；在所述上集流板和下流版上分別加工有與所述兩個(gè)螺桿固定件的螺桿端 相配合的螺紋孔，這樣通過(guò)旋轉(zhuǎn)兩個(gè)螺桿固定件與螺桿可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上集流板、下集流板以 及堆疊結(jié)構(gòu)的加壓固定。與第一種實(shí)施方式相比，第二種實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是上集流板和下 集流板的外側(cè)沒(méi)有螺栓凸出，因此更容易實(shí)現(xiàn)電池堆的串聯(lián)或并聯(lián)。第二種實(shí)施方式中，螺桿組件可以為金屬材質(zhì)，也可以為非金屬材質(zhì)，如工程塑料 或復(fù)合材料。當(dāng)螺桿組件為金屬材質(zhì)時(shí)，對(duì)電池堆進(jìn)行高溫測(cè)試前，需要卸掉螺桿組件；當(dāng) 螺桿組件為非金屬材質(zhì)如復(fù)合材料時(shí)，高溫測(cè)試前，不需要卸掉螺桿組件，因此操作更加方 便。請(qǐng)參見(jiàn)圖3，為圖1所述的固體氧化物燃料電池堆的拆分示意圖，所述的堆疊結(jié)構(gòu)包括 多個(gè)連接件11，圖3中示出了三個(gè)連接件，連接件的作用是用來(lái)隔開(kāi)燃料氣體和氧化氣體， 在本實(shí)施方式中燃料氣體為氫氣，氧化氣體為空氣。連接件的材質(zhì)可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的不銹鋼制成，不銹鋼的具體例子可以 為Fe-16Cr、Fe_22Cr等材質(zhì)的連接件，具體型號(hào)如SUS430，但不限于此。對(duì)于連接件的數(shù) 量，至少應(yīng)該為兩個(gè)，也可以為兩個(gè)或兩個(gè)以上，可以根據(jù)設(shè)計(jì)的單電池的數(shù)量來(lái)決定連接 件的數(shù)量。通常，連接件的數(shù)量比單電池的數(shù)量大于1，單電池設(shè)置在相鄰的兩個(gè)連接件之間；堆疊結(jié)構(gòu)的頂端和底端均為連接件，頂端連接件與上集流板接觸，底端連接件與下集流 層接觸。所述連接件的厚度優(yōu)選為0. 8mm 4mm，更優(yōu)選為1. Omm 3mm，更優(yōu)選為1. 2mm 2. 8mm,更優(yōu)選為 1. 5mm 2. 5mm。請(qǐng)繼續(xù)參見(jiàn)圖3，在相鄰的兩個(gè)連接件之間設(shè)置有單電池12 ；連接件11具有兩個(gè) 主表面，為描述方便，將連接件面對(duì)單電池陰極側(cè)的一個(gè)主表面稱為連接件的陰極側(cè)，將與 陰極側(cè)相對(duì)應(yīng)的另一個(gè)主表面稱為連接件的陽(yáng)極側(cè)；在連接件的陽(yáng)極側(cè)設(shè)置有氧化氣體密 封件13，在連接件的陰極側(cè)設(shè)置有燃料氣體密封件14。所述氧化氣體密封件和燃料氣體密封件為同樣的材質(zhì)，具有不同的結(jié)構(gòu)(以下詳 述)，可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的封接玻璃，如本領(lǐng)域中常用的通式為A2O3-SiO2-BO體 系的封接玻璃，通式中的A表示Al、B、La或Te元素，通式中的B表示Mg、Zn、Sr、Ca或F元素。在連接件的陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)的兩個(gè)主表面上均加工出了點(diǎn)陣排列的凸點(diǎn)，凸點(diǎn)的 截面形狀可以為圓柱形，也可以為三角形、長(zhǎng)圓形、矩形以及任意的多邊形，對(duì)此本發(fā)明并 無(wú)特別的限制。上述連接件凸點(diǎn)的作用在螺桿組件的加壓下與電池陰極、泡沫鎳、上集流板/下 集流板等元件接觸，產(chǎn)生集流效應(yīng)。點(diǎn)陣排列的凸點(diǎn)可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的蝕刻 或沖壓的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，凸點(diǎn)之間的孔隙作為燃料氣體或氧化性氣體的通道，凸點(diǎn)的高度優(yōu) 選為0. 3 1. 0mm，更優(yōu)選為0. 4 0. 9mm。凸點(diǎn)在加壓時(shí)與電池陰極、泡沫鎳、上集流板/ 下集流板等元件接觸的有效面積占連接件面積的10 % 50 %，優(yōu)選為15 % 45 %。本發(fā)明 設(shè)計(jì)的凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)易于進(jìn)入電池陰極集流層內(nèi)部，從而增加了集流效果，提高電堆輸出性能。在連接件的兩個(gè)主表面的點(diǎn)陣排列的凸點(diǎn)的周圍加工有密封邊，密封邊的作用是 與密封件接觸達(dá)到密封的目的。本發(fā)明中，連接件的陽(yáng)極側(cè)的密封邊與陰極側(cè)的密封邊具 有不同的結(jié)構(gòu)，以下詳細(xì)說(shuō)明。如圖4所示，為連接件陰極側(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖，連接件的陰極側(cè)上采用蝕刻的方法 加工出點(diǎn)陣排列的凸點(diǎn)11a，在點(diǎn)陣排列的凸點(diǎn)周圍預(yù)加工出陰極側(cè)密封邊101 ；所述陰極 側(cè)密封邊101包括與連接件的一個(gè)側(cè)面對(duì)應(yīng)的第一部分101a、與所述第一部分兩端連接的 第二部分IOlb和第三部分101c，在與第一部分IOla相對(duì)應(yīng)的部分是敞開(kāi)的，具有一個(gè)開(kāi)口 部，即陰極密封邊是一個(gè)敞開(kāi)的密封邊。凸點(diǎn)與密封邊的高度優(yōu)選持平，這樣可以在達(dá)到更 好的密封效果情況下使凸點(diǎn)有效的與其它元件保持充分的接觸。在凸點(diǎn)與所述密封邊的第一部分IOla之間為通氣溝槽111，通氣溝槽的寬度與通 氣孔直徑之比優(yōu)選為1/5 1，通氣溝槽的深度與凸點(diǎn)高度相對(duì)應(yīng)，優(yōu)選為0. 3 1. 0mm，通 氣溝槽的作用是作為氣體總通道，向凸點(diǎn)之間的空氣供入氣體；所述通氣孔是指從另一側(cè) 密封邊加工出來(lái)的通氣孔，在陰極側(cè)為氧化氣體通氣孔。在所述第二部分IOlb和第三部分IOlc上分別預(yù)留有用于加工燃料氣體進(jìn)氣孔和 燃料氣體出氣孔的位置，這樣，可以在第二部分IOlb上加工出燃料氣體進(jìn)氣孔101d，在第 三部分IOlb上加工出燃料氣體出氣孔101e。請(qǐng)同時(shí)參見(jiàn)圖5，為燃料氣體密封件14的示 意圖，在燃料氣體密封件上分別加工有與所述間隔件上的燃料氣體進(jìn)氣孔IOld和燃料氣 體出氣孔IOle的位置對(duì)應(yīng)的燃料氣體進(jìn)氣孔Ha和燃料氣體出氣孔14b，這樣將燃料氣體 密封件貼合在陰極側(cè)密封邊101上后，可以將燃料氣體密封在陰極側(cè)以外，防止燃料氣體混入該區(qū)域。此外，由于陰極側(cè)密封邊101是敞開(kāi)的，因此貼合燃料氣體密封件101以后， 該敞開(kāi)的部分也不會(huì)被密封，這樣可以作為敞開(kāi)的氧化性氣體的出口通道。如圖6所示，為連接件陽(yáng)極側(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖，與陰極側(cè)一樣，采用蝕刻或沖壓的方 法加工出點(diǎn)陣排列的凸點(diǎn)11b，在點(diǎn)陣排列的凸點(diǎn)周圍預(yù)加工出陽(yáng)極側(cè)密封邊102，陽(yáng)極側(cè) 密封邊102包括與第一部分IOla相對(duì)應(yīng)的第四部分102a、與所述第四部分兩端連接的第五 部分102b和第六部分102c、連接所述第五部分102b和第六部分102c的第七部分102d，與 陰極密封邊不同，陽(yáng)極密封邊是一個(gè)封閉的密封邊，凸點(diǎn)與密封邊的高度持平。在凸點(diǎn)與所述密封邊的第五部分102b和第六部分之間為通氣溝槽112，該通氣溝 槽與陰極側(cè)的通氣溝槽結(jié)構(gòu)相同，在此不再贅述。通氣溝槽112的作用是作為燃料氣體總 通道，將燃料氣體進(jìn)氣孔進(jìn)入的燃料氣體供入凸點(diǎn)之間的縫隙內(nèi)，或者將凸點(diǎn)之間的縫隙 的燃料氣體送出燃料氣體出氣孔。在所述第四部分10 上預(yù)留有用于加工氧化性氣體進(jìn)氣孔的位置，在該位置可 以加工出氧化性氣體進(jìn)氣孔10 ；請(qǐng)同時(shí)參見(jiàn)圖7，為氧化氣體密封件13的示意圖，氧化氣 體密封件上加工有氧化性氣體進(jìn)入孔13a，當(dāng)將該氧化氣體密封件貼合在陽(yáng)極側(cè)密封邊上 后，可以將氧化性氣體密封在陽(yáng)極側(cè)以外，防止氧化性氣體混入該區(qū)域。此外，燃料氣體可 以從燃料氣體進(jìn)氣孔IOld進(jìn)入后，經(jīng)過(guò)該區(qū)域的凸點(diǎn)之間的孔隙，然后可以從燃料氣體出 氣孔IOle排出，即燃料氣體通道都是密封的。對(duì)于上述陽(yáng)極側(cè)密封邊或陰極側(cè)密封邊的寬度，優(yōu)選為2mm 15mm，更優(yōu)選為 3mm IOmm,更優(yōu)選為4mm 9mm。本實(shí)施方式的堆疊結(jié)構(gòu)中，堆疊結(jié)構(gòu)的頂端連接件的陰極側(cè)上的凸點(diǎn)與上集流板 接觸，該陰極側(cè)的密封邊與上集流板之間通過(guò)燃料氣體密封件進(jìn)行封接；堆疊結(jié)構(gòu)的底端 連接件的陽(yáng)極側(cè)上的凸點(diǎn)與下集流板接觸，該陽(yáng)極側(cè)的密封邊與下集流板之間通過(guò)氧化氣 體密封件進(jìn)行封接。按照本發(fā)明，在堆疊結(jié)構(gòu)內(nèi)，連接件的陰極側(cè)通過(guò)燃料氣體密封件與電池的陰極 進(jìn)行封接，連接件的陽(yáng)極側(cè)通過(guò)氧化氣體密封件與電池的陽(yáng)極進(jìn)行封接，在連接件的陽(yáng)極 側(cè)與電池的陽(yáng)極之間還設(shè)置有泡沫鎳，如圖8所示，為泡沫鎳的結(jié)構(gòu)示意圖，在泡沫鎳上還 需加工出氧化性氣體進(jìn)氣豁口。另外，為了組裝上述結(jié)構(gòu)的堆疊結(jié)構(gòu)，需要在單電池上也加工出與連接件上的氧 化性氣體進(jìn)氣孔、燃料氣體進(jìn)氣孔、燃料氣體出氣孔相對(duì)應(yīng)的孔，以便形成氣體通道。對(duì)于 單電池，可以使用陽(yáng)極支撐平板固體氧化物燃料單電池，也可以使用電介質(zhì)支撐固體氧化 物燃料單電池，單電池的形狀不限，優(yōu)選為方形。本發(fā)明提供的固體氧化物燃料電池堆可以按照如下方法制備在單電池上優(yōu)選使用激光切割的方式加工出3個(gè)孔，分別作為氧化氣體進(jìn)氣孔、 燃料氣體進(jìn)氣孔和燃料氣體出氣孔，如圖9所示，為單電池陽(yáng)極面示意圖，圖10為單電池陰 極面示意圖；取蝕刻或沖壓好凸點(diǎn)的連接件，在與所述單電池的3個(gè)孔對(duì)應(yīng)的位置上也加工出 三個(gè)孔，分別作為氧化氣體進(jìn)氣孔、燃料氣體進(jìn)氣孔和燃料氣體出氣孔；取封接玻璃在與所述間隔件的氧化氣體進(jìn)氣孔相對(duì)應(yīng)的位置上加工出一個(gè)孔，然 后作為氧化氣體密封件；另取封接玻璃在與所述間隔件的燃料氣體進(jìn)氣孔和燃料氣體出氣孔相對(duì)應(yīng)的位置上加工出兩個(gè)孔，然后作為燃料氣體密封件；取泡沫鎳在與所述連接件的氧化氣體進(jìn)氣孔相對(duì)應(yīng)的位置上加工出豁口，作為氧 化氣體進(jìn)氣通道。取上述加工好的連接件、單電池、氧化氣體密封件、燃料氣體密封件、泡沫鎳、上集 流板、下集流板和螺栓組裝成圖1所示的固體氧化物燃料電池堆，單電池單元數(shù)可以根據(jù) 設(shè)計(jì)需要進(jìn)行選擇，對(duì)此本發(fā)明并無(wú)特別限制。然后，可以按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法 對(duì)電池堆性能進(jìn)行測(cè)試。以下以具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的效果，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限 制。實(shí)施例1 準(zhǔn)備如下元件備用單電池準(zhǔn)備規(guī)格為IOcmX IOcm的陽(yáng)極支撐性單電池片，陽(yáng)極為，陰極為，采用激 光切割的方法在單電池的一個(gè)邊緣部上加工出氧化氣體進(jìn)氣孔、在與所述氧化氣體進(jìn)氣孔 所在邊緣部的相垂直的兩個(gè)邊緣部上加工出燃料氣體進(jìn)氣孔和燃料氣體出氣孔；連接件材質(zhì)為SUS430，厚度為2. 5mm，在該間隔件的陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)蝕刻出點(diǎn)陣 排列(點(diǎn)陣排列)的圓凸點(diǎn)，兩個(gè)側(cè)面的圓凸點(diǎn)的高度均為0.5mm;按照?qǐng)D4和圖6所示， 分別加工出寬度均為3. 5mm的陽(yáng)極側(cè)密封邊和陰極側(cè)密封邊，其中陰極側(cè)密封邊具有一個(gè) 敞開(kāi)部。采用激光切割的方式在所述燃料氣體進(jìn)氣孔位置、燃料氣體出氣孔位置、氧化氣 體進(jìn)氣孔位置分別加工出燃料氣體進(jìn)氣孔、燃料氣體出氣孔、氧化氣體進(jìn)氣孔；氧化氣體密封件取Al2O3-SiO2-MgO (封接玻璃具體型號(hào)或組成)封接玻璃在與所 述間隔件上氧化氣體進(jìn)氣孔相對(duì)應(yīng)的位置上加工出氧化氣體進(jìn)氣孔；燃料氣體密封件取Al2O3-SiO2-MgO (封接玻璃具體型號(hào)或組成)封接玻璃在與間 隔件上燃料氣體進(jìn)氣空、燃料氣體出氣孔相對(duì)應(yīng)的位置上分別加工出燃料氣體進(jìn)氣孔和燃 料氣體出氣孔；泡沫鎳加工出氧化氣體進(jìn)氣孔和燃料氣體流道孔；上集流板，采用SUS430為材質(zhì)，機(jī)械加工的方法在上集流板的三個(gè)邊上分別預(yù)加 工出用于加壓的螺桿組件；下集流板，采用SUS430為材質(zhì)，在下集流板的三個(gè)邊上分別預(yù)加工出用于加壓的 螺桿組件。實(shí)施例2取上集流板、下集流板和5片連接件、5片氧化氣體密封件、5片燃料氣體密封件、4 片單電池、4片泡沫鎳按照上集流板/燃料氣體密封件/(間隔件/氧化氣體密封件(泡沫 鎳)/單電池)X4/間隔件/氧化氣體密封件/下集流板的順序組裝成4單元的電池堆組 件，然后取螺栓組件將固定上集流板和下集流板。將組裝后的電池堆組件從室溫經(jīng)12小時(shí)升溫至850°C，保溫4小時(shí)后加壓0 200kg在不同條件下測(cè)試性能，得到的I-V曲線如圖11所示。圖11中當(dāng)將本實(shí)施例制備的電池堆在850、200kg壓力和H2 Air = 8 19SCCm ^nT2條件下，還原2小時(shí)后，測(cè)得電流為32A時(shí)的最大功率為79. 6W，相應(yīng)的最大功率密度為0. 306W · CnT2。當(dāng)H2 Air = 8 19sccm · cnT2時(shí)，測(cè)得電流為39A時(shí)的最 大功率為100. 5W，相應(yīng)的最大功率密度為0. 385W · cm—2 ；根據(jù)圖11中的曲線擬合得到本實(shí) 施例制備的電池堆的最大功率密度為0. 427W -cm-2,電池堆的開(kāi)路電壓彡4. IV，本實(shí)施例制 備的電池堆具有較高的功率密度。保持H2 Air =12 31sccm · cm_2氣體流量不變，將電堆溫度由850oC經(jīng)過(guò) 50min降至800°C，保溫1. 5小時(shí)后，測(cè)得當(dāng)電流為38A時(shí)最大功率89W，對(duì)應(yīng)的最大功率密 度為 0. 342W cnT2。實(shí)施例2取上集流板、下集流板和6片連接件、6片氧化氣體密封件、6片燃料氣體密封件、5 片單電池、5片泡沫鎳按照上集流板/燃料氣體密封件/(間隔件/氧化氣體密封件(泡沫 鎳)/單電池)X5/間隔件/氧化氣體密封件/下集流板的順序組裝成5單元的電池堆組 件，然后取螺栓組件將固定上集流板和下集流板。將組裝后的電池堆組件從室溫經(jīng)12小時(shí)升溫至850°C，保溫4小時(shí)后加壓0 400kg測(cè)試I-V曲線。I-V曲線測(cè)試完畢后在800°C對(duì)其在8A條件下進(jìn)行衰減測(cè)試，結(jié)果如 圖12和圖13所示，圖12為電池堆整體衰減曲線，圖13為電池堆中的單電池的衰減曲線，從 圖12和圖13的結(jié)果可以看出，該電池堆及其單體電池堆單元經(jīng)過(guò)7 的測(cè)試后沒(méi)有衰減， 停止恒流放電后，電池堆的開(kāi)路電壓達(dá)到了 5. 7V，單體電池的開(kāi)路電壓達(dá)均超過(guò)了 1. IV。
以上對(duì)本發(fā)明所提供的固體氧化物燃料電池進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體 個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明 的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原 理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要 求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種固體氧化物燃料電池堆，其特征在于，包括上集流板、下集流板和容納在所述上集流板和下集流板之間的堆疊結(jié)構(gòu)；所述堆疊結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)連接件、設(shè)置在相鄰的兩個(gè)所述連接件之間的電池片，所 述連接件具有陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)，在所述連接件的陽(yáng)極側(cè)設(shè)置有氧化氣體密封件，在所述連 接件的陰極側(cè)設(shè)置有燃料氣體密封件；在所述堆疊結(jié)構(gòu)上設(shè)置有密閉氧化氣體進(jìn)氣通道、密閉燃料氣體進(jìn)氣通道和密閉燃料 氣體出氣通道，和敞開(kāi)的氧化氣體出氣通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池堆，其特征在于，所述連接件的兩側(cè)均 設(shè)置有點(diǎn)陣排列的凸點(diǎn)和設(shè)置在所述凸點(diǎn)周圍的密封邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池堆，其特征在于，所述連接件陰極側(cè)的 密封邊具有開(kāi)口部，所述開(kāi)口部與所述燃料氣體密封件形成所述敞開(kāi)的氧化氣體出氣通 道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池堆，其特征在于，所述密閉氧化氣體進(jìn) 氣通道由設(shè)置在所述氧化氣體密封件上的氧化氣體進(jìn)氣孔、設(shè)置在所述電池片上的氧化氣 體進(jìn)氣孔、設(shè)置在所述連接件上的氧化氣體進(jìn)氣孔連通形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池堆，其特征在于，所述密閉燃料氣體流 道由設(shè)置在所述燃料氣體密封件上的燃料氣體進(jìn)氣孔、設(shè)置在所述電池片上的燃料氣體進(jìn) 氣孔、設(shè)置在所述連接件上的燃料氣體進(jìn)氣孔連通形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池堆，其特征在于，所述燃料氣體出氣通 道由設(shè)置在所述氧化氣體密封件上的燃料氣體出氣孔、設(shè)置在所述電池片上的燃料氣體出 氣孔、設(shè)置在所述連接件上的燃料氣體出氣孔連通形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的固體氧化物燃料電池堆，其特征在于，所述呈點(diǎn)陣 排列的凸點(diǎn)的高度為0. 3 1. 0mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固體氧化物燃料電池堆，其特征在于，所述連接件上點(diǎn)陣 排列的凸點(diǎn)與連接件該側(cè)的元件接觸的有效接觸面積占所述間隔件側(cè)面面積的比例為 10% 50%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固體氧化物燃料電池堆，其特征在于，所述密封邊的寬度為 2mm 15mm0
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體氧化物燃料電池堆，其特征在于，所述上集流板、堆疊 結(jié)構(gòu)和下集流板通過(guò)螺栓組件連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固體氧化物燃料電池堆，包括上集流板、下集流板和容納在所述上集流板和下集流板之間的堆疊結(jié)構(gòu)；所述堆疊結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)連接件、設(shè)置在相鄰的兩個(gè)所述連接件之間的電池片，所述連接件具有陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)，在所述連接件的陽(yáng)極側(cè)設(shè)置有氧化氣體密封件，在所述連接件的陰極側(cè)設(shè)置有燃料氣體密封件；在所述堆疊結(jié)構(gòu)上設(shè)置有密閉氧化氣體進(jìn)氣通道、密閉燃料氣體進(jìn)氣通道和密閉燃料氣體出氣通道，和敞開(kāi)的氧化氣體出氣通道。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于氧化氣體出口敞開(kāi)，連接件陰極側(cè)內(nèi)部氣體壓差更小、流動(dòng)更加順暢，有效地解決了燃料與氧化氣體互相串氣的問(wèn)題，提高了電堆密封的可靠性，從而進(jìn)一步提高了電堆制造成品率和性能運(yùn)行穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01M8/24GK102122722SQ201110024540
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者官萬(wàn)兵, 柯銳, 沈圣成, 牛金奇, 王蔚國(guó), 翟惠娟, 金樂(lè) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所