CN102221674A - 一种平板式sofc单电池局部性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平板式SOFC单电池局部性能测试装置，包括集流器基座和集流器，集流器包含一个以上的分块集流单元，分块集流单元通过导电连接件与集流器基座连接，导电连接件还作为接线柱连接电流电压引线，分块集流单元上安放有温度传感器，导电体的外部套有绝缘套，集流器基座与分块集流单元间以及相邻分块集流单元间的空腔填充有绝缘材料。本发明采用多个分块集流单元实现单电池局部性能测试，各个分块集流单元设置有各自的气体流道，在不影响集流效果的同时保证了气体流场均匀，能够便捷、有效地测试单电池局部电性能和温度分布。

Description

一种平板式SOFC单电池局部性能测试装置

技术领域

本发明涉及SOFC单电池测试技术，尤其涉及SOFC单电池局部性能的测试装置。

背景技术

被誉为绿色能源的固体氧化物燃料电池(简称SOFC，solid oxide fuelcell)一般有管式和平板式两种结构，由于工作温度相对较低、功率密度高、制备工艺简单、成本低等优点，平板式SOFC成为当前国内外研究的重点。

SOFC电堆由多片单电池串连而成，为了增加单片电池的功率以及降低电堆中的接触电阻和气体泄漏的几率，单电池的面积在逐步增大，现有尺寸从10×10mm²到30×30mm²不等。在实际应用过程中，大面积单电池会出现一系列由尺寸引起的问题：其一，由于单电池表面气体浓度分布不均导致其局部的电化学性能差异，有的部位可能出现供气不足的现象；其二，单电池表面气体浓度的差异使其整个电池表面温度分布不均匀，影响电池的稳定性。

申请号200810062623.6的发明专利申请公开了一种大面积平板式SOFC单电池性能测试系统和测试方法，所述的测试系统包括电子负载、测试房及安装在测试房内的单电池密封体、Pt片和Ni片集电层，并且测试房上连接有阴极入口、阴极出口、阳极入口和阳极出口通气管。其测试方法仅仅是局限在电池整体性能测试，并不能对大面积电池的局部性能进行表征。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够测试大面积平板式SOFC单电池局部电性能和温度的测试装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

平板式SOFC单电池局部性能测试装置，包括集流器基座和集流器，其特征在于，集流器包含一个以上的分块集流单元，分块集流单元通过导电连接件与集流器基座连接，导电连接件还作为接线柱连接电流和电压引线，分块集流单元上安放有温度传感器，导电体的外部套有绝缘套，集流器基座与分块集流单元间以及相邻分块集流单元间的空腔填充有绝缘材料。

作为优选实施方式，所述导电体采用螺钉。

作为优选实施方式，所述绝缘材料采用云母片或高温绝缘陶瓷材料

作为优选实施方式，所述温度传感器采用镍铬镍硅型热电偶。

作为优选实施方式，所述电流电压引线采用银线或不锈钢丝。

作为优选实施方式，所述电流电压引线还连接SOFC测试平台。

与现有技术相比，本发明的优点是各个分块集流单元设置有各自的气体流道，在不影响集流效果的同时保证了气体流场均匀，能够便捷、有效地测试单电池局部电性能和温度分布。通过检测单电池局部电性能和温度分布，可以高效准确地评估各种阴极集流器中气体流道设计的合理性。另外，集流器基座提供良好的气体密封区域，能够较精确地评估单电池的燃料利用率

附图说明

图1是本发明测试装置横截面示意图。

图2是本发明集流器基座示意图。

图3是本发明集流器基座的线槽示意图。

图4是本发明分块集流器单元结构示意图。

图5是本发明测试电池阴极分块示意图。

具体实施方式

以下结合图1～4对本发明的较佳实施方式作进一步详细阐述。

本发明将传统的整体式阴极集流器分为多个单元，每个单元上有各自的气体分配流道，每个分块单元与集流器基座之间以绝缘材料隔开，以与集流器基座绝缘处理的螺钉(导电连接件)固定在集流器基座上。相邻分块集流单元之间保持间距，并且每个单元中间各开一个3mm直径的通孔，用于安装热电偶以采集电池各个分区的温度。该通孔两侧各加工一个螺纹盲孔，用来安装螺钉，一方面，螺钉可以将各单元与集流器基座连接在一起，另一方面，螺钉可以作为电池局部性能测量的接线柱，一个作为电流引线接线柱，另一个作为电压引线接线柱。螺钉上加有绝缘套与集流器基座隔离，以保证各个螺钉与集流器基座之间的电绝缘性，同时也保证了各个分块集流单元之间以及它们与集流器基座之间的电绝缘性。集流器基座上提供有“回”字型密封区域，并加工有通孔与各个分块集流单元配合安装热电偶，以及加工有螺钉沉孔用来安装螺钉固定各个分块集流单元，并且，沿该螺纹沉孔在集流器基座的外表面上加工有线槽，用以铺设电流和电压引线。用于测试阳极支撑的单电池时，需要将单电池阴极分块，一个分块对应一个分块集流单元，各分块之间的间距与相邻分块集流单元的间距保持一致，由于各个阴极分块之间间隔了一定距离，也就保证了电池阴极各个分块阴极之间的电绝缘性。各个分块阴极分别和该装置中各个分块集流单元接触，完成集流功能，通过铺设的引线即可测量电池各个分区电流和电压，该装置中的热电偶可以直接接触到电池的阴极表面，采集各个分块阴极的温度。对于电解质支撑型SOFC电池，同时也要将阳极集流器分为N个单元，单电池阳极分为与之对应的N各单元。

所述的分块集流单元的数量可视电池反应区的面积而定，没有严格限定，以反应区面积为9×9cm²的单电池为例，可将集流单元分为9块，各个分块之间的距离可设为2mm。所述的用以隔离分块集流单元与集流器基座的绝缘材料可选择云母片或其他高温绝缘陶瓷材料，所述的电流电压引线可选用银线或不锈钢丝，所述热电偶为镍铬镍硅型热电偶。

本发明SOFC单电池局部电性能测试装置工作流程如下(以阳极支撑的SOFC单电池为例)：

(1)将不锈钢通气管分别焊接在集流器基座上的气体进入通道和流出通道上，在集流器基座与单电池接触界面铺设密封件，保证单电池测试系统在高温时具有良好的气密和绝缘性能。

(2)如图1所示，在分块集流单元2和集流器基座1之间垫上一层高温绝缘材料3，用套有绝缘纤维管4的螺钉8将各集流单元固定在集流器基座之上，并且各集流单元之间的空隙亦可填充绝缘材料添塞；其次是将电压引线6和电流引线7分别连接在螺钉上，并将引线顺着线槽引出；再次是准备好阴极分块的电池(如图5所示，电池阳极11以及电解质10为完整的薄膜层，电池阴极被分为相应的分块9)，将电池阴极扣在上述安装好的装置，分块阴极集流单元恰好与分块阴极9接触，泡沫镍12经剪切成相应的大小，并与电池阳极11接触，扣上阳极集流器13，安装热电偶5，确保热电偶端头部分接触电池阴极，最后将气体通气管道焊接在集流器基座的气体进入通道和流出通道后即可通气升温，其中，阳极气体分配流道由泡沫镍12提供。

(3)所述的集流器基座如图2所示，其上布有气体入口、气体出口，台阶孔以及热电偶安装孔，且沿台阶孔加工有线槽(如图3所示)；所述的分块集流单元如图4所示，导电基体上加工有用来固定的螺钉沉孔14，热电偶安装孔15以及气体分配通道16。

(4)将接触材料分别涂覆在单电池的电极层上以减小测试夹具与单电池之间的接触电阻，其中，阳极接触材料为Ni浆，阴极接触材料为LCN陶瓷粉体浆料，防止将接触材料涂覆至分块阴极之间的区域。

(5)将单电池的分块阴极与测试装置中的分块集流单元对应放置，在单电池阳极侧放置相应尺寸的泡沫镍用于阳极集流，并扣上阳极集流器，铺设电流电压引线以及热电偶。

(6)将该装置放入加热炉内，在阴极集流器和阳极集流器上加压，确保密封和电极接触的可靠性，以合适的升温速率达到燃料电池工作温度，并在测试装置的阴极和阳极侧分别通入空气和氢氮混合气或纯氢气。加热炉到温后(600～800℃)，通过单电池的开路电压值评估测试装置的密封效果，然后进行恒流放电，采集局部电性能数据和局部温度数据。

所述的步骤(1)中采用的密封件为陶瓷基密封材料。所述步骤(6)中，在升温阶段，按一定的升温工艺进行，测试装置阴极和阳极侧分别通入空气和氢氮混合气，从而保证单电池阳极中的NiO被完全还原为金属Ni。在保温阶段(600～800℃)，单电池阳极侧的气氛切换成纯氢气，以便充分评价单电池的各项性能指标。利用SOFC测试平台多通道的电子负载系统测试单电池的局部电性能和各个分区的温度，通过改变通入单电池的气体流量观察其局部电性能与温度的变化。

Claims (6)

1.平板式SOFC单电池局部性能测试装置，包括集流器基座和集流器，集流器基座开有气体入口和气体出口，其特征在于，集流器包含一个以上的设有气体分配通道的分块集流单元，分块集流单元通过导电连接件与集流器基座连接，导电连接件还作为接线柱连接电流和电压引线，分块集流单元上安放有温度传感器，导电体的外部套有绝缘套，集流器基座与分块集流单元间以及相邻分块集流单元间的空腔填充有绝缘材料。

2.根据权利要求1所述的平板式SOFC单电池局部性能测试装，其特征在于，所述导电连接件采用螺钉。

3.根据权利要求1所述的平板式SOFC单电池局部性能测试装，其特征在于，所述绝缘材料采用云母片或高温绝缘陶瓷材料。

4.根据权利要求1所述的平板式SOFC单电池局部性能测试装，其特征在于，所述温度传感器采用镍铬镍硅型热电偶。

5.根据权利要求1所述的平板式SOFC单电池局部性能测试装，其特征在于，所述电流电压引线采用银线或不锈钢丝。

6.根据权利要求1至5之一所述的平板式SOFC单电池局部性能测试装，其特征在于，所述电流电压引线还连接SOFC测试平台。

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