CN101569040A - 用于固体氧化物燃料电池的不对称的楔形连接体 - Google Patents

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Abstract

一种用于固体氧化物燃料电池的连接体包括导电结构，所述导电结构具有限定出第一接触区的第一部分、限定出与所述第一接触区隔开的第二接触区的第二部分、和在所述第一部分与所述第二部分之间进行延伸的中间部分，其中所述中间部分通过第一拐角与所述第一部分相联接，并且所述中间部分通过第二拐角与所述第二部分相联接，所述第一拐角具有比所述第二拐角更小的半径。

Description

用于固体氧化物燃料电池的不对称的楔形连接体
技术领域
本发明涉及固体氧化物燃料电池，特别是，本发明涉及用于固体氧化物燃料电池的连接体。
背景技术
典型的燃料电池发电装置具有交替设置的燃料电池和双极板。连接体的用途在于收集来自一个电池的电流并使电流从一个电池流至下一个电池。
连接体的一种结构呈导电的半矩形(semi-rectangular)结构的形式，所述连接体结构接触相邻的燃料电池和双极板以使电流在其间流过。虽然大体上功能旨在用于通过和收集电流，但是这种连接体同样与保持同相邻部件的良好接触相关联。另外，矩形结构还具有较大的压缩刚度，这可能也是一个问题。
明显的是，需要一种能够克服上述这些问题并且解决了矩形结构所存在的前述不足的经过改进的连接体。
发明内容
根据本发明的技术方案，前述需求已得到满足。
根据本发明，一种用于固体氧化物燃料电池的连接体，包括：导电结构，所述导电结构包括限定出第一接触区的第一部分、限定出与所述第一接触区隔开的第二接触区的第二部分、和在所述第一部分与所述第二部分之间进行延伸的中间部分，其中所述中间部分通过第一拐角与所述第一部分相联接，并且所述中间部分通过第二拐角与所述第二部分相联接，所述第一拐角具有比所述第二拐角更小的半径。
进一步根据本发明，一种固体氧化物燃料电池组件，包括：燃料电池；双极板和导电的连接体结构，所述连接体结构包括限定出与所述燃料电池相接触的燃料电池接触区的第一部分、限定出与所述第一接触区隔开的且与所述双极板接触的双极板接触区的第二部分、和在所述第一部分与所述第二部分之间进行延伸的中间部分，其中所述中间部分通过第一拐角与所述第一部分相联接，并且所述中间部分通过第二拐角与所述第二部分相联接，所述第一拐角具有比所述第二拐角更小的半径。
附图说明
下面，结合附图对本发明的一个实施例进行详细描述，其中：
图1示出了一种现有技术的具有矩形几何形状的连接体；
图2示出了图1所示连接体的形变状态；
图3示出了根据本发明的一种连接体；
图4示出了图3所示连接体的形变状态；和
图5示出了另一可选的实施例。
具体实施方式
本发明涉及一种用于燃料电池的连接体，特别是，本发明涉及一种用于固体氧化物燃料电池的连接体。所述连接体具有不对称的楔形形状，该不对称的楔形形状有助于在受到压缩时提供所需的形变量和顺性。
图1和图2示出了一种具有半矩形形状的连接体1，所述连接体一般被用于在燃料电池发电装置的相邻部件之间，例如在燃料电池2与双极板3之间，提供电气连接，图1中示意性地示出了其中的每一个部件。
连接体1被称作呈半矩形形状，这是因为连接体1是由成形用以在第一水平部分、垂直中间部分和第二水平部分之间交替变化的材料形成的。该结构沿着特定尺寸的连接体重复呈现。由于重复由该结构限定的具有三个侧面的矩形形状，因此所述连接体在本申请中被称作呈半矩形形状的连接体。
当受到压缩时，图2示出了用于这种连接体1的一种典型的反作用状态，其中电池接触部分4弯曲远离电池2从而形成面向凹进表面的电池2。由于在连接体与电池之间几乎没有或没有结合强度，因此这是所不希望出现的，并且所导致产生的形变减小了连接体1与电池2之间的接触面积。另外，所述侧部或中间构件5的相对比直的构型降低了压缩条件下连接体1的顺性。
图3和图4示出了一种根据本发明的一个实施例的连接体10。连接体10被定位在燃料电池发电装置的相邻部件之间，例如被定位在燃料电池12与双极板14之间，用于收集来自一个电池的电流并使电流从一个电池流至下一个电池。连接体10在该部位接触或互连隔板或双极板的表面和燃料电池电极的外表面。
图3示出了具有多个第一部分16的连接体10，所述多个第一部分大体上共平面并且一起限定出用于与一个燃料电池部件例如燃料电池12相接触的第一接触区。连接体10还具有多个第二部分18，所述多个第二部分同样大体上共平面并且一起限定出用于与另一燃料电池部件例如双极板14相接触的第二接触区。
如图中所示，第一部分16与第二部分18通过中间部分20连接在一起，所述中间部分在第一部分16与第二部分18之间进行延伸。与图1所示的结构相比，中间部分20相对于第一部分16和第二部分18呈角度A，所述角度A在约20°与约70°之间。另外，在中间部分20与第一部分16相交的点处，它们限定出拐角22，所述拐角22为具有第一曲率半径r的圆化结构。类似地，在中间部分20与第二部分18相交的点处，它们限定出拐角24，所述拐角24为具有第二曲率半径R的圆化结构。如图3所示，第二曲率半径R大于第一曲率半径r。拐角24的半径R与拐角22的半径r的比值因此大于1，更优选至少为约2.5。拐角22，24的半径和中间部分20的角度A的该构型用于在压缩条件下提供连接体10与燃料电池12之间的良好接触，以及提供连接体10的良好顺性。
特别是，应该注意到：可设定拐角22，24的尺寸，从而使得这些曲线在切点相交，并且在该构型中，中间部分20不具有可观的长度。通过这种构型，切点自身将被视为中间部分，且角度A为相对于通过该切点的直线而形成的角度。
图4示出了处于压缩条件下的连接体10，并且图4示出限定出第一接触区的第一部分16大体上保持共平面。这是所希望的，原因在于：这有助于保持与相邻燃料电池12的良好接触。位于拐角24处的更大的半径R用于在压缩条件下以不使第一部分16和图1和图2所示的半矩形连接体中存在的燃料电池的接触区产生形变的方式产生形变。另外，中间部分20的角度调节有助于响应于压缩状态提供所需的顺性。
连接体10被设置为成形于限定出隔开的第一部分与第二部分的结构中的导电材料板或导电材料条的形式。交替排列的通道26，28被限定在相邻的中间部分20之间。通道26通向燃料电池12且通道28通向双极板14。连接体10的结构中允许使用比矩形构型可能存在的更宽的通道，特别是更宽的通道28，并且这对于压缩刚度和接触面积等而言都是有利的。本发明所披露的构型产生了第一接触区与第二接触区的交叠，并且同时允许所述第一接触区大于所述第二接触区。
图4示出了在压缩条件下，第一部分16与第二部分18部分交迭，并且这样就增大了连接体10两侧上面的接触表面面积。
图3和图4一起还示出：在不存在与燃料电池不利地碰撞接触的情况下，非燃料电池接触侧上面的更大的半径有助于吸收连接体10的变形。
连接体10可被设置成金属丝网，或金属箔、或对于本领域的技术人员而言很明显的任何其它结构的形式。在该较宽的范围内，金属丝网和金属箔是特别适合的实施方式。
当被设置为金属箔时，该材料可以具有非常小的厚度，所述厚度优选在约0.1毫米与约0.2毫米之间。另外，该金属箔可以是铁素体不锈钢。铁素体不锈钢金属箔具有与典型燃料电池的热膨胀系数相似的热膨胀系数，这样就有助于将热引发的应力减至最小程度。
对于金属丝网结构而言，所希望的是：所述材料在将要暴露的环境气氛中是稳定的。
应该意识到：连接体10将交替地接触燃料电池的阳极或阴极。在阳极侧上面存在富氢的燃料环境，并且镍和/或镍合金是连接体10适合使用的材料。在阴极侧上面存在氧，且因此，需要在这样一种环境中抗氧化和/或形成导电或半导电氧化皮的材料。适于在该环境中使用的材料包括铬形成合金(chromia-forming alloy)，例如Ni-Cr、Fe、Fe-Cr、Fe-Cr-Ni和Co基合金、Cr基合金、贵金属、贵金属合金及其组合物。
图5示出了被限定为织造金属丝网的连接体10的一个实施例。如图中所示，连接体10的材料是织造的金属丝结构，所述金属丝结构具有一组沿连接体10延伸且在第一部分16与第二部分18之间交替延伸或呈波形延伸的金属丝30，和被织造穿过金属丝30且在通道26，28的方向上垂直于金属丝30进行延伸的第二组金属丝32。这些金属丝30，32可由任何适合的材料制成。适当的实例如上文所述。另外，根据连接体10的使用环境，例如连接体是否将会暴露于阳极反应物或阴极反应物或其它一些气氛中，可选择金属丝网和/或金属箔以提供对预期使用环境的可承受的抗力。
图5所示连接体10中的金属丝30，32可以是相同的，或者可以是彼此不同的，这取决于前述环境因素且还取决于金属丝30，32是否执行不同的功能。例如，平行于通道26，28延伸的金属丝32最有可能不直接传送大量电流，且因此可由不同于将传送电流的金属丝32的材料制成，这是因为它们在接触区之间进行延伸。
应该意识到：虽然已经结合燃料电池与双极板之间的连接体对本发明进行了描述，但是本发明的连接体同样可用在其它部位处，从而落入本发明的更加广泛的范围内。
还应该意识到：上文仅披露了本发明的一个实施例，同时可对本发明所披露的结构、材料和步骤作出多种变型，所述变型均落入本发明所要保护的范围内。

Claims (20)

1、一种用于固体氧化物燃料电池的连接体，包括：导电结构，所述导电结构包括限定出第一接触区的第一部分、限定出与所述第一接触区隔开的第二接触区的第二部分、和在所述第一部分与所述第二部分之间进行延伸的中间部分，其中所述中间部分通过第一拐角与所述第一部分相联接，并且所述中间部分通过第二拐角与所述第二部分相联接，所述第一拐角具有比所述第二拐角更小的半径。
2、根据权利要求1所述的连接体，其中所述导电结构包括金属丝网。
3、根据权利要求1所述的连接体，其中所述导电结构包括金属箔。
4、根据权利要求3所述的连接体，其中所述金属箔的厚度在0.1毫米与0.2毫米之间。
5、根据权利要求3所述的连接体，其中所述金属箔包含铁素体不锈钢。
6、根据权利要求1所述的连接体，其中所述第一接触区为燃料电池接触区，且所述第二接触区为双极板接触区。
7、根据权利要求1所述的连接体，其中第二拐角的半径与第一拐角的半径的比值至少为2.5。
8、根据权利要求7所述的设备，其中所述中间部分相对于所述第一部分和所述第二部分呈角度的大小在20°与70°之间。
9、根据权利要求1所述的设备，其中所述中间部分相对于所述第一部分和所述第二部分呈角度的大小在20°与70°之间。
10、根据权利要求1所述的设备，其中所述第一接触区大于所述第二接触区。
11、一种固体氧化物燃料电池组件，包括：
燃料电池；
双极板；和
导电的连接体结构，所述连接体结构包括限定出与所述燃料电池相接触的燃料电池接触区的第一部分、限定出与所述第一接触区隔开的且与所述双极板接触的双极板接触区的第二部分、和在所述第一部分与所述第二部分之间进行延伸的中间部分，其中所述中间部分通过第一拐角与所述第一部分相联接，并且所述中间部分通过第二拐角与所述第二部分相联接，所述第一拐角具有比所述第二拐角更小的半径。
12、根据权利要求11所述的组件，其中所述导电结构包括金属丝网。
13、根据权利要求11所述的组件，其中所述导电结构包括金属箔。
14、根据权利要求13所述的组件，其中所述金属箔的厚度在0.1毫米与0.2毫米之间。
15、根据权利要求13所述的组件，其中所述金属箔包含铁素体不锈钢。
16、根据权利要求11所述的组件，其中所述第一接触区为燃料电池接触区，且所述第二接触区为双极板接触区。
17、根据权利要求11所述的组件，其中第二拐角的半径与第一拐角的半径的比值至少为2.5。
18、根据权利要求17所述的组件，其中所述中间部分相对于所述第一部分和所述第二部分呈角度的大小在20°与70°之间。
19、根据权利要求11所述的组件，其中所述中间部分相对于所述第一部分和所述第二部分呈角度的大小在20°与70°之间。
20、根据权利要求11所述的组件，其中所述燃料电池接触区大于所述双极板接触区。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5381647B2 (ja) * 2009-11-26 2014-01-08 トヨタ紡織株式会社 燃料電池用セパレータ及びその製造方法
AT11799U1 (de) * 2009-12-15 2011-05-15 Plansee Se Formteil
US9455454B2 (en) 2011-06-28 2016-09-27 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Solid oxide fuel cell and inter-connector
KR20140053568A (ko) * 2012-10-26 2014-05-08 삼성전기주식회사 고체산화물 연료전지 모듈

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61109262A (ja) 1984-11-01 1986-05-27 Hitachi Ltd 燃料電池
US7354675B2 (en) * 1999-10-07 2008-04-08 Proton Energy Systems, Inc. Apparatus and method for maintaining compression of the active area in an electrochemical cell
US6379831B1 (en) * 2000-08-02 2002-04-30 Siemens Westinghouse Power Corporation Expanded nickel screen electrical connection supports for solid oxide fuel cells
US20020182472A1 (en) * 2000-09-27 2002-12-05 Molter Trent M. Apparatus and method for maintaining compression of the active area in an electrochemical cell
US7842434B2 (en) 2005-06-15 2010-11-30 Ati Properties, Inc. Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells
US20040200187A1 (en) * 2002-11-27 2004-10-14 Warrier Sunil G. Compliant, strain tolerant interconnects for solid oxide fuel cell stack
US7144649B2 (en) 2002-11-27 2006-12-05 Utc Fuel Cells, Llc Interconnect for solid oxide fuel cells
US20050136312A1 (en) * 2003-12-22 2005-06-23 General Electric Company Compliant fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
EP2111664A4 (en) 2011-01-26
WO2008079141A1 (en) 2008-07-03
US8124293B2 (en) 2012-02-28
EP2111664A1 (en) 2009-10-28
US20100021791A1 (en) 2010-01-28
JP2010515222A (ja) 2010-05-06
KR20100014286A (ko) 2010-02-10

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