CN100365859C - 一种管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构，该单管电池组的最内层为一端封闭，一端开口的多孔金属陶瓷支撑体，支撑体外侧为一层多孔的陶瓷绝缘层，绝缘层外为互相串联的多个单电池元，每个单电池元至少包括阳极，电解质和阴极基本结构层。支撑体上互相串联的多个单电池元与支撑体两侧的开口区和闭口区共构成一个各单电池元互相串联的单管电池组。此单管电池组的突出结构特点是在支撑体上可以通过多个单电池元的串联以实现小电流、高电压输出，支撑体(金属陶瓷管)不仅起到支撑作用，其通过对其闭口区的设计还可以解决高温固体氧化物燃料电池的高温密封问题，同时，支撑体(金属陶瓷管)还兼具传输电流的作用。
Description
技术领域
本发明属于能源、材料加工、电力领域，涉及燃料电池单体结构，特别涉及一种管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构。
背景技术
高温固体氧化物燃料电池(以下称SOFC)特点为发电效率高，与燃气轮机联合发电，效率高达70％，且余热质量高，如果再合理地利用余热，其热效率能够达到80％以上。污染物接近零排放，为高效清洁的理想发电系统。
目前，国际上开发的SOFC结构主要有板状和管状两种结构。板状结构具有电流通道短、输出电流密度与功率密度相对管状较高和电池堆较紧凑等优点，但板状结构存在高温密封困难，高温热应力不匹配等技术难题；管状结构具有无需高温密封、热应力较小且单电池组装简单，易实现大功率化等特点。
迄今，开发管状结构的代表厂家主要有美国的西门子-西屋电气公司(SWH)和日本的三菱重工(MHI)。EP0055016和US5108850分别涉及了多孔阴极层作为支撑体的结构；JP636782涉及了以多孔金属管作为支撑的管状结构；JP5166517涉及到了多孔绝缘陶瓷作为支撑的管状结构。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构，该结构采用多孔金属陶瓷管作支撑体，支撑体上分布着具有多个单电池元串联的单管电池组结构，该结构具备管状SOFC的无需高温密封、大功率电池堆组装简单和易于实现大功率化等优点，并且使其在性能上兼具板状SOFC高输出电流密度和功率密度的特点。
实现本发明的技术方案是，一种管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构，包括一个支撑体，其特征在于，该支撑体为多孔金属陶瓷管，支撑体的一端开口，另一端封闭，在支撑体的外侧设有一层多孔的电子绝缘陶瓷层；在电子绝缘陶瓷层外侧分布有依次互相串联的多个单电池元，每个单电池元由阳极、电解质和阴极构成，相邻的两个单电池元的阴极和阳极通过连接极相连，构成主体发电区；主发电区与支撑体的开口端到第一个单电池元形成的开口区和最后的单电池元中的阴极或阳极与支撑体封闭端相互连接的闭口区构成完整的单管电池组。
本发明的其它一些特点是：
所述的支撑体厚度为0.5mm～3mm，保证具有一定的强度用于支撑其它结构层；贯通气孔率为10％～40％，保证还原气氛气体能够充分扩散到阳极层；支撑体中金属相含量为25％～75％，依据不同的结构兼作传输阴极或阳极电流。
支撑体的材料选用陶瓷与金属的复合或混合构成的金属陶瓷材料。金属与陶瓷的相对含量可以在整个涂层中保持一致的含量，也可以按照设定的规律变化，以协调支撑体与电解质层的线膨胀系数。陶瓷材料选用氧化铝、莫来石、堇青石、氧化钛、氧化钙、氧化锆或其它氧化物陶瓷，或者选用硼化物和碳化物陶瓷；金属材料选用金属镍、铁、钴、铜、镍基合金、铁基合金、钴基合金或铜基合金的一种或几种。
支撑体外部的电子绝缘陶瓷层的电子电导率应低于1％，陶瓷层厚度为50微米～500微米，保证单管电池组中被陶瓷绝缘层分离的支撑体与阳极层间的绝缘；贯通气孔率为10％～40％，保证还原气氛气体能够充分扩散到阳极层。
所述的阳极、电解质和阴极可以是结构和材料均一的结构层，也可以是复合结构层。
单管电池组的闭口区区C是指单管电池组中最后的单电池元到支撑体1封闭端的区域。支撑体起传输单电池元串联后的阴极电流时，需通过致密的电子导体连接极将支撑体与阴极相连，支撑体闭口区的其余部分可直接制备致密的连接极材料以隔绝气体的泄漏，也可用致密的其它氧化物材料来隔绝气体的泄漏；支撑体起传输单电池元串联后的阳极电流时，末端单电池元的阳极可以和支撑体直接相连，支撑体闭口区的其余部分可制备致密的电解质材料以隔绝气体的泄漏；支撑体起传输阳极电流作用时，可在闭口区末端支撑体表面依次构筑阳极、电解质和阴极层构成单电池元，致密的电解质材料用以隔绝气体的泄漏。
单管电池组的开口区A是指从单管电池组支撑体开口端到第一个单电池元的区域。
本发明涉及的管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构，可以方便地调节支撑体的厚度和金属陶瓷材料的比例，使得金属陶瓷管的线膨胀系数与电解质层相当，以防止因线膨胀系数的差异导致的电池损坏，并且可以通过不同的结构设计使得金属陶瓷管可兼顾传输各单电池元串联后阳极或阴极电流的作用。当支撑体传输串联后的阴极电流时，此时，单管电池组的阳极电流传输部分也同样处于还原气氛中，这就可以在高温下均采用金属陶瓷收集阴极和阳极电流，可显著降低电流传导时产生的极化损失。同时，在一个单管之上制备多个互相串联的单电池元，可以使单管电池组具有小电流和高电压输出的特点，降低了电流传输极化损失并易于提高单管输出功率密度和输出功率。金属陶瓷管支撑体的金属和陶瓷材料可以选择廉价的如金属镍和氧化铝陶瓷为主，不仅可以获得比陶瓷管更可靠的支撑，还可以降低生产成本。
附图说明
图1是一种SOFC单管电池组的基本结构示意图，此结构支撑体与最后一个单电池元通过连接极与阴极相连，其中：1、支撑体(金属陶瓷管)，2、陶瓷绝缘层，3、阳极，4、电解质，5、阴极，6、连接极；
图2是一种SOFC单管电池组的基本结构示意图，此结构支撑体与最后一个单电池元的阳极相连，其中：1、支撑体(金属陶瓷管)，2、陶瓷绝缘层，3、阳极，4、电解质，5、阴极，6、连接极；
图3是图1和图2所示的单管电池组中主发电区内各个单电池元串联结构示意图，其中：1、支撑体(金属陶瓷管)，2、陶瓷绝缘层，3、阳极，4、电解质，5、阴极，6、连接极；
图4是单电池元剖面结构示意图，其中：1、支撑体(金属陶瓷管)，2、陶瓷绝缘层，3、阳极，4、电解质，5、阴极；
图5是单管电池组开口区结构示意图，此结构对应于图1所示结构的单管电池组开口区，其中：1、支撑体，2、陶瓷绝缘层，3、阳极，4、电解质，5、阴极，6、连接极，7、致密陶瓷绝缘层，8、9、电子导体引线，10、11、附加支撑体；
图6是单管电池组闭口区结构示意图，此结构对应于图1所示结构的单管电池组闭口区，其中：1、支撑体(金属陶瓷管)，2、陶瓷绝缘层，3、阳极，4、电解质，5、阴极，6、连接极，12、致密陶瓷层；
图7是单管电池组闭口区结构示意图，此结构对应于图2所示结构的单管电池组闭口区，其中：1、支撑体(金属陶瓷管)，2、陶瓷绝缘层，3、阳极，4、电解质，5、阴极，13、致密陶瓷层；
图8是单管电池组开口区结构示意图，此结构对应于图2所示结构的单管电池组开口区，其中：1、支撑体(金属陶瓷管)，2、陶瓷绝缘层，3、阳极，4、电解质，5、阴极，6、连接极，14、致密陶瓷层，15、16、电子导体引线，17、金属陶瓷或金属导电层；
图9是单管电池组开口区支撑体部分结构示意图，其中：1、支撑体(金属陶瓷管)，2、陶瓷绝缘层，18、致密层，19、电子导体引线，20、21、致密导电层，22、辅助层。
以下结合附图和发明人给出的具体实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
图1是一种SOFC单管电池组的基本结构示意图之一，单管电池组可分为三个不同区域：多个单电池元构成的主体发电区B，支撑体(1)的开口端到第一个单电池元形成的开口区A和最后的单电池元中到支撑体(1)封闭端的闭口区C。支撑体(金属陶瓷管)1上首先是一层陶瓷绝缘层2，陶瓷绝缘层2之上的主发电区域B依次分布着互相串联的多个单电池元，处于主发电区域B的支撑体1(金属陶瓷管)和陶瓷绝缘层2为多孔结构，同时陶瓷绝缘层2还必须有效的将支撑体1和阳极层3隔离，以保证支撑体1上的各个单电池元为串联结构。主发电区B的各个单电池元通过连接极6彼此串联而成。在闭口区，此结构支撑体1(金属陶瓷管)与最后一个单电池元通过连接极6与阴极4相连，发电过程中支撑体1(即金属陶瓷管)起传输单管电池组中单电池元串联后阴极电流的作用。开口区为第一个单电池元至支撑体开口端的区域，当单管电池组正常运行时，闭口区和主发电区同时处于工作高温区，而开口区的温度可能低于工作高温区或处于高温工作区向低温过渡的区域。
图2是另一种SOFC单管电池组的基本结构示意图，此结构的单管电池组同样可分为三个不同区域：主体发电区B，支撑体开口区和支撑体闭口区。支撑体(金属陶瓷管)上首先是一层陶瓷绝缘层，绝缘层之上的主发电区域依次分布着互相串联的多个单电池元，处于主发电区域的支撑体和绝缘层为多孔结构，同时绝缘层还必须有效的将支撑体和阳极层隔离，以保证支撑体上的各个单电池元为串联结构。主发电区的各个单电池元通过连接极彼此串联而成。在闭口区，此结构支撑体(金属陶瓷管)与最后一个单电池元的阳极相连，发电过程中支撑体(金属陶瓷管)还起传输单管电池组阳极电流的作用。开口区为第一个单电池元至支撑体开口端的区域，当单管电池组正常运行时，闭口区和主发电区同时处于工作高温区，而开口区的温度可能低于工作高温区或处于高温工作区向低温过渡的区域。
图3是图1和图2所示结构的单管电池组主发电区内各个单电池元串联结构示意图。图4是图3所示主发电区域中有效发电区域单电池元剖面结构示意图，其有效发电区域是指单电池元中阳极、电解质和阴极互相重叠的区域。主发电区的各个单电池元通过连接极彼此串联而成，每个单电池元至少包括阳极、电解质和阴极三个基本结构层，单电池元的每个结构层可以是成份均一的层，也可以是成份梯度变化或成份不同的多层复合结构，如阴极可以是阴极和阴极汇流层共同组成，电解质层可以是同一材料和相同结构，也可以是不同电解质层材料构成的复合层。
图5给出了具有三种不同结构的开口区结构示意图，此结构对应于具有图1基本结构的，其支撑体1(金属陶瓷管)作为传输流经最后一个单电池元阴极电流的单管电池组结构。其各结构的设计思想为：致密陶瓷绝缘层7是为了防止反应气体通过多孔支撑体1(金属陶瓷管)和阳极3互相泄漏，此致密陶瓷绝缘层7可以是不同于多孔陶瓷绝缘层2的不同材料，也可以是将多孔陶瓷绝缘层2在开口区区域的部分致密化，也就是说使得绝缘层2在开口区为致密结构，而在工作区域为多孔结构。或者是将支撑体(金属陶瓷管)1在开口区或其表面部分区域制备成致密结构以防止气体互相泄漏。图5-B和图5-C是在开口区制备了附加支撑体10或11，其作用是起到再次强化开口区传输电流的作用，如果此附加支撑体是致密结构，还可以防止反应气体互相泄漏的作用。图5-B和图5-C的区别仅在于附加支撑体的位置。
图6是给出了具有两种不同结构的开口区结构示意图，此结构对应于具有图1基本结构的单管电池组，其支撑体作为传输最后一个单电池元阴极电流的作用。其各结构的设计思想为：保证阴极5通过连接极6与支撑体1相连，使支撑体1(金属陶瓷管)起到传输阴极电流至开口区域的作用，而且还需保证反应气体不能通过闭口区互相泄漏和保证后一个单电池元的阳极不要与支撑体互相接触，保证充分绝缘。图6-A是在支撑体1闭口封闭端直接制备了一层致密的连接极6，通过连接极6保证了阴极5与支撑体1的互相接触并防止气体互相泄漏。图6-B是在支撑体1闭口封闭端连接极6未封闭的区域制备了一层致密陶瓷绝缘层12，连接极6与支撑体1的接触保证支撑体1起到传输阴极6的电流作用，而致密的陶瓷绝缘层12防止气体通过支撑体互相泄漏。除了图6所示的两种结构外，依据设计原则，还可以采用其它的结构，比如将封闭端的端头处还可以做成一个单电池元。
图7是给出了具有三种不同结构的闭口区结构示意图，此结构对应于具有图2基本结构的，其支撑体1(金属陶瓷管)作为传输从最后一个单电池元阳极流出电流的单管电池组结构。其各结构的设计思想为：保证最后一个单电池元的阳极3与支撑体1部分或全部相连，使支撑体1起到传输阳极电流至开口区域的作用，而且还需保证反应气体不能通过闭口端互相泄漏。图7-A的阳极3末端和支撑体1(金属陶瓷管)相连，致密电解质层2覆盖了整个端头处，防止气体互相泄漏。图7-B相当于在端头处又制备了一个单电池元，即分别至支撑体1(金属陶瓷管)上制备了阳极3、电解质5和阴极5，这样不仅能够防止气体泄漏还可以有效利用端头发电。图7-C与图7-A的区别就是，可以采用其它致密陶瓷材料覆盖住没有利用的端头处，防止反应气体互相扩散。
图8给出了具有三种不同结构的开口区结构示意图，此结构对应于具有图2基本结构的，其支撑体(金属陶瓷管)1作为传输流经最后一个单电池元阳极电流的单管电池组结构。其各结构的设计思想为：将最后一个单电池元的阴极电流传输到开口区，而且还要保证反应气体不能互相泄漏。图8-A采用了将致密电解质层4直接制备出来以防止气体通过支撑体泄露，阴极层5直接制备到开口区域通过电子导体引线15将电流引出单管电池组。图8-B在多孔陶瓷绝缘层2上制备了一层金属陶瓷或金属导电层17作为传输流经开口区第一个单电池元阴极5的电流，导电层17可以通过连接极6和阴极5相连，也可以直接和阴极5相连，同时在其上制备了致密陶瓷层14以防止反应气体互相泄漏，来防止氧化性气体泄漏到金属陶瓷层或金属导电层使其组分氧化。具有图8-B结构的开口区，如果支撑体1在金属陶瓷或金属导电层17处为多孔结构，还可以使金属导电层17处于还原气氛中，以防止金属导电层17的氧化。
图9给出了单管电池组开口区支撑体1(金属陶瓷管)的四种不同结构示意图。为了防止反应气体泄漏，可以根据具体要求，将支撑体1在开口区区域制备成局部致密的形式。图9-A是在支撑体1内部部分区域制备了致密层18，此致密层18的长度不能够超过开口区第一个有效发电单电池元的阳极，图9-B是在支撑体1开口区域的外层部分区域制备了致密层20，以防止气体通过支撑体(多孔金属陶瓷管)1互相泄漏。图9-C是在支撑体1开口区域的外表面部分区域制备了致密层21，以防止气体通过支撑体(多孔金属陶瓷管)1互相泄漏。图9-D与图9-C的区别在于图9-D在开口区支撑体内部加固了一层辅助层(22)，该辅助层主要是增加支撑体(金属陶瓷管)1在开口区的强度，此辅助层22同样适合于图9-A，9-B和9-C等其它结构。
为了更详细的理解本发明所涉及的单管电池组的结构，以下是发明人给出的几个具体实施例。
实施例1
SOFC单管电池组的基本结构采用如图1所示，单管电池组分为三个不同区域：主发电区，支撑体开口区和支撑体闭口区。主发电区采用图3所示结构，依次分布着互相串联的10个单电池元，每个单电池元的长度为1cm～3cm，开口区采用图5-A结构，闭口区采用图6-A结构。
实施例2
SOFC单管电池组的基本结构采用如图1所示，主发电区采用图3所示结构，依次分布着互相串联的15个单电池元，每个单电池元的长度为3cm，阳极的长度为2cm，连接极与多孔陶瓷层接触的长度为1cm。开口区采用图5-A结构，闭口区采用图6-B结构。
实施例3
SOFC单管电池组的基本结构采用如图1所示，主发电区采用图3所示结构，依次分布着互相串联的20个单电池元，每个单电池元的长度为2.5cm，阳极的长度为2cm，连接极与多孔陶瓷层接触的长度为0.5cm。开口区采用图5-B结构，闭口区采用图6-A结构。
实施例4
SOFC单管电池组的基本结构采用如图1所示，主发电区采用图3所示结构，依次分布着互相串联的25个单电池元，每个单电池元的长度为2cm，阳极的长度为1.5cm，连接极与多孔陶瓷层接触的长度为0.5cm。开口区采用图5-B结构，闭口区采用图6-B结构。
实施例5
SOFC单管电池组的基本结构采用如图1所示，主发电区采用图3所示结构，依次分布着互相串联的20个单电池元，每个单电池元的长度为2cm，阳极的长度为1.7cm，连接极与多孔陶瓷层接触的长度为0.3cm。开口区采用图5-C结构，闭口区采用图6-A结构。
实施例6
SOFC单管电池组的基本结构采用如图1所示，主发电区采用图3所示结构，依次分布着互相串联的30个单电池元，每个单电池元的长度为1.5cm，阳极的长度为1.2cm，连接极与多孔陶瓷层接触的长度为0.3cm。开口区采用图5-C结构，其中支撑体的具体结构还可以采用图9-A、B、C和D所示的结构，闭口区采用图6-B结构。
实施例7
SOFC单管电池组的基本结构采用如图2所示，主发电区采用图3所示结构，依次分布着互相串联的15个单电池元，每个单电池元的长度为2cm，阳极的长度为1.6cm，连接极与多孔陶瓷层接触的长度为0.4cm。开口区采用图8-A结构，其中支撑体的具体结构还可以采用图9-A、B、C和D所示的结构，闭口区采用图7-A结构。
实施例8
SOFC单管电池组的基本结构采用如图2所示，主发电区采用图3所示结构，依次分布着互相串联的50个单电池元，每个单电池元的长度为2cm，阳极的长度为1.7cm，连接极与多孔陶瓷层接触的长度为0.3cm。开口区采用图8-A结构，闭口区采用图7-B结构。
实施例9
SOFC单管电池组的基本结构采用如图2所示，主发电区采用图3所示结构，依次分布着互相串联的40个单电池元，每个单电池元的长度为3cm，阳极的长度为2.5cm，连接极与多孔陶瓷层接触的长度为0.5cm。开口区采用图8-B结构，闭口区采用图7-A结构。
实施例10
SOFC单管电池组的基本结构采用如图2所示，主发电区采用图3所示结构，依次分布着互相串联的25个单电池元，每个单电池元的长度为2cm，阳极的长度为1.6cm，连接极与多孔陶瓷层接触的长度为0.4cm。开口区采用图8-B结构，其中支撑体的具体结构还可以采用图9-A、B、C和D所示的结构，闭口区采用图7-B结构。
实施例11
SOFC单管电池组的基本结构采用如图2所示，主发电区采用图3所示结构，依次分布着互相串联的25个单电池元，每个单电池元的长度为2cm，阳极的长度为1.6cm，连接极与多孔陶瓷层接触的长度为0.4cm。开口区采用图8-B结构，其中支撑体的具体结构还可以采用图9-A、B、C和D所示的结构，闭口区采用图7-C结构。
虽然已经参照上述实例讨论了高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构，并给出了各结构层的具体结构，但应理解，本发明绝非仅限于说明书及其附图与具体实施例所示的结构，并不限于实施例中所述情形，因而在没有背离本发明的结构原理可以进行的各种改变。本领域普通技术人员按照上述技术原理对本发明的技术方案进行的添加和等效变换均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构，包括一个支撑体(1)，其特征在于，该支撑体(1)为多孔金属陶瓷管，支撑体(1)的一端开口，另一端封闭，在支撑体(1)的外侧设有一层多孔的电子绝缘陶瓷层(2)；在电子绝缘陶瓷层(2)外侧分布有依次互相串联的多个单电池元，每个单电池元由阳极(3)、电解质(4)和阴极(5)基本结构层构成，相邻的两个单电池元的阴极(5)和阳极(3)通过连接极(6)相连，支撑体(1)的开口端到第一个单电池元形成的开口区(A)和最后的单电池元到支撑体(1)封闭端形成的闭口区(C)与主发电区(B)构成完整的单管电池组。
2.如权利要求1所述的管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构，其特征在于，所述的支撑体(1)依据不同的结构兼作高温下传输固体氧化物燃料电池阴极电流或传输阳极电流；
当支撑体(1)作为传输阴极电流时，则支撑体(1)的闭口区与最后一个单电池元的阴极(5)通过连接极(6)相连，使支撑体(1)与开口区的第一个单电池元的阳极(3)构成一个串联回路；
当支撑体(1)作为传输阳极电流时，则支撑体(1)闭口区与最后一个单电池元的阳极(3)相连，使支撑体(1)与开口区的第一个单电池元的阴极(5)构成一个串联回路。
3.如权利要求1所述的管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构，其特征在于，所述的支撑体(1)的闭口区直接制备成致密结构或者与其外部分布的各致密层构成致密的封闭端口。
4.如权利要求1所述的管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构，其特征在于，所述的支撑体(1)的金属相含量为25％～75％，厚度为0.5mm～3mm，贯通气孔率为10％～40％。
5.如权利要求1所述的管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构，其特征在于，所述的支撑体(1)选择陶瓷与金属的复合材料或陶瓷与金属混合制备的材料，所述的金属与陶瓷的相对含量在整个涂层中保持一致，或者金属与陶瓷的相对含量按照设定的规律变化，用于协调支撑体(1)与电解质层的线膨胀系数；
所述的陶瓷材料为氧化铝、莫来石、菫青石、氧化钛、氧化钙、氧化锆或氧化物陶瓷中的一种或几种，或者为硼化物和碳化物系列陶瓷；
所述的金属材料为金属镍、铁、钴、铜、镍基合金、铁基合金、钴基合金或铜基合金的一种或几种。
6.如权利要求1所述的管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构，其特征在于，所述主发电区(B)是指陶瓷绝缘层(2)外除开口区第一个单单电池元和闭口区最后的单电池元后由依次互相串联的多个单电池元构成，相邻的两个单电池元的阴极(5)和阳极(3)通过连接极(6)相连，彼此串联构成主发电区(B)；
7.如权利要求1所述的管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构，其特征在于，所述的电子绝缘陶瓷层(2)为多孔的电子绝缘体，厚度为10微米～500微米，在主发电区(B)处的气孔率为10-40％。
8.如权利要求1所述的管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构，其特征在于，所述单电池元的阳极(3)、电解质(4)和阴极(5)在各自的结构和选用的材料上一致，或为不同材料的复合结构层。
9.如权利要求1所述的管状高温固体氧化物燃料电池单管电池组的结构，其特征在于，所述的闭口区(C)是指从单管电池组中最后的单电池元到支撑体(1)封闭端的区域；
当支撑体(1)作为传输阴极电流时，通过连接极(6)将支撑体(1)的闭口区(C)与最后一个单元电池的阴极相连，金属陶瓷支撑层(1)在闭口区(C)的其余部分直接制备上致密连接极(6)的材料，用于隔绝气体的泄漏，或者制备致密陶瓷材料；
当支撑体(1)作为传输阳极电流时，末端单电池元的阳极和支撑体(1)的闭口区(C)直接相连，金属陶瓷支撑层(1)在闭口区(C)的其余部分制备致密的陶瓷材料，用于隔绝气体的泄漏，或者制备一个单电池元，致密的电解质(4)和连接极(6)用于隔绝气体的泄漏。
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