CN102403524A - 固体氧化物燃料电池模块 - Google Patents

固体氧化物燃料电池模块 Download PDF

Info

Publication number
CN102403524A
CN102403524A CN201110267070XA CN201110267070A CN102403524A CN 102403524 A CN102403524 A CN 102403524A CN 201110267070X A CN201110267070X A CN 201110267070XA CN 201110267070 A CN201110267070 A CN 201110267070A CN 102403524 A CN102403524 A CN 102403524A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal foam
connecting plate
foam connecting
fuel cell
solid oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201110267070XA
Other languages
English (en)
Inventor
尹琮植
张宰赫
具本锡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electro Mechanics Co Ltd filed Critical Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Publication of CN102403524A publication Critical patent/CN102403524A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/243—Grouping of unit cells of tubular or cylindrical configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0232—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0252—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form tubular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池模块。根据本发明的固体氧化物燃料电池包括：多个单元电池，每个单元电池通过在形成为管状的阳极支撑件的外周面上依次地层叠电解质和阴极而形成；以及一个或多个金属泡沫连接板，每个金属泡沫连接板形成为具有预定厚度的板状，该金属泡沫连接板的一个表面上沿厚度方向形成有沟槽，以使得所述单元电池分别容纳在所述沟槽内。本发明与现有技术不同，通过采用金属泡沫连接板以收集电流而不需要进行复杂的布线工艺，从而简化了制造过程，降低了制造成本。

Description

固体氧化物燃料电池模块
相关申请的交叉引用
本申请要求申请号为No.10-2010-0088806、申请日为2010年9月10日、名称为“固体氧化物燃料电池模块”的韩国专利申请的优先权，该申请的全部内容在此作为参考结合于本申请。
技术领域
本发明涉及一种固体氧化物燃料电池模块。
背景技术
一般而言，燃料电池是一种通过电化学反应将燃料(氢气、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)等)和空气(氧气)的化学能直接转换为电能和热能的装置。燃料电池不要求燃料燃烧或涡轮机驱动，其与需要经由燃料燃烧、生成蒸汽、涡轮机驱动、发电驱动等步骤的现有发电技术是不同的。因此，燃料电池是一种兼具高效率和避免环境问题的发电技术新概念。燃料电池产生微量的SOx、NOx等，并生成少量的二氧化碳，因此其能够实现无污染发电并具有诸如低噪音、无振动等之类的优点。
燃料电池具有多种类型，例如磷酸燃料电池(PAFC)、碱性燃料电池(AFC)、聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醛燃料电池(DMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)等。在这些燃料电池之中，固体氧化物燃料电池(SOFC)由于能够高效发电并允许进行煤气、燃料电池、燃气轮机等的组合式循环发电，因此其适于作为小型发电站、大型发电站或分布式电源，并且具有多种发电容量。因而，为步入未来的氢经济社会，固体氧化物燃料电池是一种必不可少的发电技术。
图1是显示固体氧化物燃料电池发电原理的原理图。
就根据图1所示的固体氧化物燃料电池(SOFC)的基本发电原理而言，在燃料为氢气(H2)或一氧化碳(CO)时，阳极1和阴极2上发生下列电极反应。
阳极：CO+H2O→H2+CO2
2H2+2O2-→4e-+2H2O
阴极：O2+4e+→2O2-
总反应：H2+CO+O2→CO2+H2O
也就是说，阳极1上产生的电子(e-)通过外部电路4输送到阴极2，与此同时，阴极2上产生的氧离子(O2-)通过电解质3输送到阳极1。此外，在阳极1上氢气(H2)与氧离子(O2-)结合以产生电子(e-)和水(H2O)。从而，就固体氧化物燃料电池的总反应而言，氢气(H2)或一氧化碳(CO)被供给到阳极1，同时氧气被供给到阴极2，从而最终产生二氧化碳(CO2)和水(H2O)。
通过上述发电过程产生电能的固体氧化物燃料电池具有微小的不可逆损失和基于活化极化(activation polarization)而具有低的过电压。此外，固体氧化物燃料电池能够采用氢气和碳氢化合物作为燃料，因而提供了广泛的燃料选择。另外，由于电极位置快速的反应速度，固体氧化物燃料电池不需要采用昂贵的贵金属作为电极催化剂。
但是，固体氧化物燃料电池中的管状固体氧化物燃料电池在集电方面存在困难。
图2是显示根据现有技术的固体氧化物燃料电池的集电方法的立体图。根据图2所示的现有技术的缺点如下：
当通过固体氧化物燃料电池的发电过程发电而产生电流时，为收集电流，需要在单元电池10的外周面上布设镍或银导线20。但是，布线工艺是复杂的，并且导线20非常昂贵，从而增加了制造成本。此外，单元电池10尺寸的增加导致用于集电的导线20的长度增加。因而，导线20的阻抗增大，最终使得集电效率下降。另外，当层叠或堆叠多个单元电池10时，每个单元电池10均需要进行布线工艺。从而，整体集电系统会变得非常复杂。
发明内容
本发明致力于提供一种固体氧化物燃料电池模块，该固体氧化物燃料电池模块通过采用金属泡沫连接板来集电而能够提高集电效率，并能够实现稳定的叠层结构。
根据本发明的优选实施方式，提供一种固体氧化物燃料电池模块，该固体氧化物燃料电池模块包括：多个单元电池，每个所述单元电池通过在形成为管状的阳极支撑件的外周面上依次地层叠电解质和阴极而形成；以及一个或多个金属泡沫连接板，每个所述金属泡沫连接板形成为具有预定厚度的板状，所述金属泡沫连接板的一个表面上沿该金属泡沫连接板的厚度方向形成有沟槽，以使得所述单元电池分别容纳在所述沟槽内。
所述阳极支撑件的所述外周面的一部分可以通过将所述电解质的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分和所述阴极的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分去除而沿该阳极支撑件的长度方向暴露，并且所述固体氧化物燃料电池模块还可以包括连接件，每个所述连接件设置在所述阳极支撑件的所述外周面的暴露部分上，并且使得该连接件与所述阴极间隔开，并突出到容纳有所述单元电池的所述金属泡沫连接板的一个表面之外。
所述金属泡沫连接板的数量可以是两个或多于两个，所述金属泡沫连接板和所述多个单元电池可以交替层叠，以使得每个所述沟槽选择性地与所述阴极接触，并且所述金属泡沫连接板的另一表面选择性地与所述连接件接触。
所述金属泡沫连接板可以包括：第一金属泡沫连接板，该第一金属泡沫连接板布置在最下部，该第一金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阴极接触；以及一个或多个第二金属泡沫连接板，每个所述第二金属泡沫连接板布置在所述第一金属泡沫连接板上方，所述第二金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阴极接触，并且所述第二金属泡沫连接板的下表面选择性地与所述连接件接触；所述固体氧化物燃料电池模块还可以包括金属泡沫集电板，该金属泡沫集电板形成为具有预定厚度的板状，并且布置在所述第二金属泡沫连接板的上方，并使得所述金属泡沫集电板的下表面选择性地与所述连接件接触。
所述沟槽可以具有内壁，该内壁形成为与所述单元电池的外周面相对应。
所述金属泡沫连接板可以具有多孔性。
所述金属泡沫连接板可以涂覆有防氧化层。
所述金属泡沫集电板可以具有多孔性。
所述金属泡沫集电板可以涂覆有防氧化层。
根据本发明的另一优选实施方式，提供一种固体氧化物燃料电池模块，该固体氧化物燃料电池模块包括：多个单元电池，每个所述单元电池通过在形成为管状的阴极支撑件的外周面上依次地层叠电解质和阳极而形成；以及一个或多个金属泡沫连接板，每个所述金属泡沫连接板形成为具有预定厚度的板状，所述金属泡沫连接板的一个表面上沿该金属泡沫连接板的厚度方向形成有沟槽，以使得所述单元电池分别容纳在所述沟槽内。
所述阴极支撑件的所述外周面的一部分可以通过将所述电解质的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分和所述阳极的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分去除而沿该阴极支撑件的长度方向暴露，并且所述固体氧化物燃料电池模块还可以包括连接件，每个所述连接件设置在所述阴极支撑件的所述外周面的暴露部分上，并且使得该连接件与所述阳极间隔开，并突出到容纳有所述单元电池的所述金属泡沫连接板的一个表面之外。
所述金属泡沫连接板的数量可以是两个或多于两个，所述金属泡沫连接板和所述多个单元电池可以交替层叠，以使得每个所述沟槽选择性地与所述阳极接触，并且所述金属泡沫连接板的另一表面选择性地与所述连接件接触。
所述金属泡沫连接板可以包括：第一金属泡沫连接板，该第一金属泡沫连接板布置在最下部，该第一金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阳极接触；以及一个或多个第二金属泡沫连接板，每个所述第二金属泡沫连接板布置在所述第一金属泡沫连接板上方，所述第二金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阳极接触，所述第二金属泡沫连接板的下表面选择性地与所述连接件接触；所述固体氧化物燃料电池模块还可以包括金属泡沫集电板，该金属泡沫集电板形成为具有预定厚度的板状，并且布置在所述第二金属泡沫连接板的上方，以使得所述金属泡沫集电板的下表面选择性地与所述连接件接触。
所述沟槽可以具有内壁，该内壁形成为与所述单元电池的外周面相对应。
所述金属泡沫连接板可以具有多孔性。
所述金属泡沫集电板可以具有多孔性。
附图说明
图1是显示固体氧化物燃料电池的发电原理的原理图；
图2是显示根据现有技术的固体氧化物燃料电池的集电方法的立体图；
图3是显示根据本发明一种优选实施方式的单层固体氧化物燃料电池模块的立体图；
图4是沿图3的A-A’线剖切的固体氧化物燃料电池模块的剖面图；
图5是图4所示的固体氧化物燃料电池模块层叠结构的剖面图；
图6是根据本发明另一优选实施方式的单层固体氧化物燃料电池模块的立体图；
图7是沿图6的B-B’线剖切的固体氧化物燃料电池模块的剖面图；以及
图8是图7所示的固体氧化物燃料电池模块层叠结构的剖面图。
具体实施方式
通过以下参照附图对实施方式的描述，本发明的各种目的、优点和特征将变得明显。
本说明书和权利要求中所使用的术语和字词不应被解释为局限于典型含义或字典定义，而应该基于如下规则：即发明人能够适当地限定术语的概念以最恰当地描述他或她所知道的实施本发明的最优方法，来将本说明书和权利要求中所使用的术语和字词解释为具有与本发明的技术范围相关的含义和概念。
通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将会被更清楚地理解。在说明书中，就全部附图中对部件所添加的参考标记而言，需要注意的是，同样的参考标记表示同样的部件，即使这些部件在不同的附图中显示。在说明书中，术语“第一”、“第二”等用于将一个元件与另一元件区分开来，但是这些零件并不由上述术语限定。此外，当确定对与本发明相关的公知技术的详细描述可能会使得本发明的要点模糊时，将省略对该公知技术的详细描述。同时，附图中所示的氧气和氢气仅用于详细说明燃料电池的工作步骤，但这并不构成对供给到阳极或阴极的气体类型的限制。
下面，将参照附图详细描述根据本发明的优选实施方式。
图3是显示根据本发明一种优选实施方式的单层固体氧化物燃料电池模块的立体图；图4是沿图3的A-A’线剖切的固体氧化物燃料电池模块的剖面图；以及图5是图4所示的固体氧化物燃料电池模块层叠结构的剖面图。
如图3至图5所示，根据本发明的固体氧化物燃料电池模块100包括多个单元电池110和金属泡沫连接板120。每个单元电池110通过在制成管状的阳极支撑件111的外周面上依次地层叠电解质113和阴极115而形成。金属泡沫连接板120形成为具有预定厚度T1的板状。在该金属泡沫连接板120的一个表面上沿厚度方向形成有沟槽121，以使得单元电池110容纳在这些沟槽121内。
单元电池110是用于产生电能的基本单元，并且由阳极支撑件111、电解质113和阴极115构成。以下将描述构成单元电池110的阳极支撑件111、电解质113以及阴极115。
阳极支撑件111所起的作用是支撑层叠在该阳极支撑件111外周面上的电解质113和阴极115。因此，优选地，阳极支撑件111比电解质113和阴极115更厚，以确保支撑力。阳极支撑件111可以通过挤压工艺形成。此外，阳极支撑件111形成为管状，并接收来自于歧管的燃料(氢气)，以通过电极反应产生负电流。其中，阳极支撑件111通过采用氧化镍(NiO)和氧化钇稳定氧化锆(yttria stabilized zirconia)(YSZ)而形成。氧化镍通过氢气还原为金属镍以表现出电导性，氧化钇稳定氧化锆则表现出作为氧化物的离子电导性。其中，优选地，形成阳极支撑件111的氧化镍和氧化钇稳定氧化锆的重量比例为例如50∶50至40∶60。
电解质113所起的作用是将阴极115上产生的氧离子输送到阳极支撑件111。电解质113层叠并形成在阳极支撑件111的外周面上。其中，电解质113可以通过采用干式法的涂覆工艺(例如等离子喷涂、电化学沉积、喷溅、离子束扫描、离子喷射等)或采用湿法的涂覆工艺(例如流延成型(tapecasting)、喷涂、浸渍涂布(dip coating)、丝网印刷(screen printing)、刮片(doctor blade)等)并且随后在1300℃至1500℃下烧结而形成。其中，电解质113通过采用氧化钇稳定氧化锆(yttria stabilized zirconia)、钪稳定氧化锆(Scandium Stabilized Zirconia)(ScSZ)、GDC(如Ce0.8Gd0.2O1.95等)或LDC(如La0.45Ce0.55O1.775等)即之类的材料形成。就氧化钇稳定氧化锆而言，四价锆离子中的一些被三价钇离子代替。从而，在氧化钇稳定氧化锆内每两个钇离子形成一个氧离子空穴，因此，氧离子在高温下能够移动穿过该氧离子空穴。在电解质113内，离子电导性微弱，因而因电阻极化而产生的电压降微小。因此，如果可能的话，优选地稀薄地形成电解质113。同时，电解质113内形成的微孔形成燃料(氢气)与空气(氧气)直接反应的跨接(cross-over)现象。这会使得效率下降，因此，应当注意防止该缺陷的产生。
阴极115从外部接收空气(氧气)而在该阴极内形成氧化环境，以通过电极反应形成正电流。阴极115层叠并形成在电解质113的外周面上。其中，阴极115可以通过采用与电解质113相似的干式法或湿法涂覆具有高电子电导性的镧锶亚锰酸盐((La0.84Sr0.16)MnO3)等并且随后在1200℃至1300℃下烧结而形成。同时，在阴极115上，空气(氧气)通过镧锶亚锰酸盐的催化反应而转变为氧离子，然后氧离子通过电解质113输送到阳极支撑件111。
此外，根据本发明优选实施方式的固体氧化物燃料电池还包括连接件130，每个连接件130将产生的负电流从阳极支撑件111传输到单元电池110的外部。其中，连接件130为阳极支撑件111的集电件，因此，其当然需要具有电导性。为了形成连接件130，首先，将阴极115的外周面突出到金属泡沫连接板120之外的一部分和电解质113的外周面突出到金属泡沫连接板120之外的一部分去除，以暴露出阳极支撑件111的外周面的一部分116。然后，将连接件130布置在阳极支撑件111的外周面的暴露部分116上。其中，连接件130需要突出到容纳有单元电池110的金属泡沫连接板120的一个表面之外，从而使得连接件130能够连接到另一个金属泡沫连接板的另一表面上。有关该点将在下文详细描述。同时，连接件130电连接于阳极支撑件111。从而，当连接件130与阴极115接触时会产生诸如短路之类的缺陷。因此，优选地，连接件130与阴极115以预定间隔间隔开。
金属泡沫连接板120所起的作用是收集单元电池110所产生的电能。金属泡沫连接板120形成为具有预定厚度T1的板状。金属泡沫连接板120具有沟槽121，这些沟槽121沿金属泡沫连接板120的厚度方向形成在该金属泡沫连接板120的一个表面上。单元电池110分别容纳在所述沟槽121内。其中，金属泡沫连接板120因其电导性而能够收集并排的单元电池110所产生的电能。图3和图4中一个金属泡沫连接板120内容纳有三个单元电池110，但这仅是出于阐述目的。毫无疑问地，金属泡沫连接板120内可以容纳三个、多于三个或少于三个单元电池110。沟槽121的内壁形成为与单元电池110的外周面相对应的曲面，从而最大程度地增加金属泡沫连接板120与单元电池110之间的接触面积，由此最大程度地提高集电效率。此外，金属泡沫连接板120形成为具有多孔性。因而，尽管单元电池110容纳在金属泡沫连接板120的沟槽121内，空气(氧气)仍然能够有效地供给到阴极115，而不会存在任何问题。金属泡沫连接板120需要具有上述电导性和多孔性。因而，金属泡沫连接板120优选地通过采用金属泡沫、板、金属纤维等形成。同时，根据本优选实施方式在固体氧化物燃料电池模块100的外部形成氧化环境。因此，优选地，金属泡沫连接板120上涂覆有防氧化层，以防止金属泡沫连接板120被氧化。
如图3和图4所示，通过采用一个金属泡沫连接板120，能够实现对并排的多个单元电池110的电流收集。此外，如图5所示，当使用两个或多于两个的金属泡沫连接板120时，金属泡沫连接板120和单元电池110可以交替层叠。当金属泡沫连接板120与单元电池110交替层叠时，每个金属泡沫连接板120的沟槽121选择性地分别仅与单元电池110的阴极115接触，并且每个金属泡沫连接板120的另一表面选择性地仅与单元电池110的连接件130接触。因而，并排布置并容纳在一个金属泡沫连接板120内的单元电池110彼此并联，而垂直布置并容纳在不同金属泡沫连接板120内的单元电池110彼此串联。从而，根据本优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块100能够通过调整待层叠的金属泡沫连接板120的数量而获得必要的电压。
下面参照图5详细描述金属泡沫连接板120和单元电池110交替层叠的结构。金属泡沫连接板120包括第一金属泡沫连接板125和一个或多个第二金属泡沫连接板127，其中所述第一金属泡沫连接板125布置在最下部，所述一个或多个第二金属泡沫连接板127布置在第一金属泡沫连接板125的上方。在第二金属泡沫连接板127的上方设有金属泡沫集电板128。金属泡沫集电板128形成为具有预定厚度T2的板状。其中，形成在第二金属泡沫连接板127上表面上的沟槽121选择性地仅与阴极115接触，并且金属泡沫连接板127的下表面123选择性地仅与连接件130接触。因为第一金属泡沫连接板125的下方并未布置单元电池110，因此仅形成在第一金属泡沫连接板125上表面上的沟槽121选择性地与阴极115接触。由于金属泡沫集电板128的上方并未布置单元电池110，因此仅金属泡沫集电板128的下表面129选择性地与连接件130接触，而且该金属泡沫集电板128的上表面未形成有沟槽121，这与第一金属泡沫连接板125相反。从而，第二金属泡沫连接板127将垂直布置的单元电池110串联连接。最终而言，第一金属泡沫连接板125能够收集正电流，金属泡沫集电板128能够收集负电流。同时，除了金属泡沫集电板128的上表面未形成沟槽121之外，该金属泡沫集电板128与第一金属泡沫连接板125和第二金属泡沫连接板127基本相同。相应地，金属泡沫集电板128优选地具有电导性和多孔性。此外，金属泡沫集电板128优选地涂覆有防氧化层，以使得金属泡沫集电板128能够在氧化环境中避免被氧化。
根据本优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块100采用金属泡沫连接板120来收集电流。因此，本优选实施方式与现有技术不同，不需要进行复杂的布线工艺，从而简化了制造过程，降低了制造成本。另外，本优选实施方式能够通过采用金属泡沫连接板120稳定地层叠多个单元电池110，并且由于金属泡沫连接板120的多孔性能够容易地将空气(氧气)供给到单元电池110。
图6是根据本发明另一优选实施方式的单层固体氧化物燃料电池模块的立体图；图7是沿图6的B-B’线剖切的固体氧化物燃料电池模块的剖面图；以及图8是图7所示的固体氧化物燃料电池模块层叠结构的剖面图。
如图6至图8所示，根据本发明优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块200包括多个燃料电池110和金属泡沫连接板120。每个单元电池110通过在制成管状的阴极支撑件117的外周面上依次地层叠电解质113和阳极119而形成。金属泡沫连接板120形成为具有预定厚度的板状。该金属泡沫连接板120的一个表面上沿厚度方向形成有沟槽121，以使得单元电池110分别容纳在这些沟槽121内。
根据本优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块200与根据上述优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块100的主要区别在于阳极(阳极支撑件)和阴极(阴极支撑件)的形成位置。相应地，下面将基于该区别描述本优选实施方式。
单元电池110是用于产生电能的基本单元，其由阴极支撑件117、电解质113和阳极119构成。以下将描述构成单元电池110的阴极支撑件117、电解质113和阳极119。
阴极支撑件117所起的作用是支撑层叠在该阴极支撑件117外周面上的电解质113和阳极119。因此，优选地，阴极支撑件117比电解质113和阳极119更厚，以确保支撑力。阴极支撑件117可以通过挤压工艺形成。此外，阴极支撑件117形成为管状，并接收来自于歧管的空气(氧气)，以通过电极反应产生正电流。其中，阴极支撑件117可以由具有高电导性的镧锶亚锰酸盐((La0.84Sr0.16)MnO3)等形成。同时，在阴极支撑件117上，空气(氧气)通过镧锶亚锰酸盐的催化反应转变为氧离子，然后这些氧离子通过电解质113输送到阳极119。
电解质113所起的作用是将阴极支撑件117上产生的氧离子输送到阳极119。电解质113层叠并形成在阴极支撑件117的外周面上。其中，电解质113可以通过采用干式法的涂覆工艺(例如等离子喷涂、电化学沉积、喷溅、离子束扫描、离子喷射等)或采用湿法的涂覆工艺(例如流延成型、喷涂、浸渍涂布、丝网印刷、刮片等)并且随后在1300℃至1500℃下烧结而形成。其中，电解质113通过采用氧化钇稳定氧化锆、钪稳定氧化锆(ScSZ)、GDC(如等Ce0.8Gd0.2O1.95等)或LDC(如La0.45Ce0.55O1.775等)即之类的材料形成。就氧化钇稳定氧化锆而言，四价锆离子中的一些被三价钇离子代替。从而，在氧化钇稳定氧化锆内每两个钇离子形成一个氧离子空穴，因此，氧离子在高温下能够穿过该氧离子空穴移动。在电解质113内，离子电导性微弱，因而因阻抗极化而产生的电压降微小。因此，如果可能的话，优选地稀薄地形成电解质113。同时，电解质113内形成的微孔导致了空气(氧气)与燃料(氢气)直接反应的跨接现象。这会使得效率下降，因此，应当注意防止该缺陷的产生。
阳极119接收来自与外部的燃料(氢气)而在该阳极内形成还原环境，以通过电极反应产生负电流。阳极119层叠并形成在电解质113的外周面上。其中，阳极119可以通过采用与电解质113相似的干式法或湿法涂覆工艺形成。此外，阳极119通过采用氧化镍(NiO)和氧化钇稳定氧化锆(YSZ)而形成。氧化镍通过氢气还原为金属镍而表现出电导性，氧化钇稳定氧化锆则表现出作为氧化物的离子电导性。其中，优选地，形成阳极支撑件119的氧化镍和氧化钇稳定氧化锆的重量比例为例如50∶50至40∶60。
另外，根据本优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块200还包括连接件130，每个连接件130将阴极支撑件130上产生的正电流输送到单元电池110的外部。其中，连接件130是阴极支撑件117的集电件，因此，毫无疑问地，连接件130需要具有电导性。为了形成连接件130，首先，将阳极119的外周面突出到金属泡沫连接板120之外的一部分和电解质113的外周面突出到金属泡沫连接板120之外的一部分去除，以暴露出阴极支撑件117的外周面的一部分116。然后，将连接件130布置在阴极支撑件117的外周面的暴露部分116上。其中，连接件130需要突出到容纳有单元电池110的金属泡沫连接板120的一个表面之外，从而使得连接件130能够连接到另一个金属泡沫连接板的另一表面上。有关该点将在下文详细描述。同时，连接件130电连接于阴极支撑件117。从而，当连接件130与阳极119接触时会产生诸如短路之类的缺陷。因此，优选地，连接件130与阳极119以预定间隔间隔开。
金属泡沫连接板120所起的作用是收集单元电池110所产生的电能。金属泡沫连接板120形成为具有预定厚度T1的板状。金属泡沫连接板120具有沟槽121，这些沟槽121沿金属泡沫连接板120的厚度方向形成在该金属泡沫连接板120的一个表面上。单元电池110分别容纳在所述沟槽121内。其中，金属泡沫连接板120因其电导性而能够收集并排的单元电池110所产生的电能。图6和图7中一个金属泡沫连接板120内容纳有三个单元电池110，但这仅是出于阐述目的。毫无疑问地，金属泡沫连接板120内可以容纳三个、多于三个或少于三个单元电池110。沟槽121的内壁形成为与单元电池110的外周面相对应的曲面，从而最大程度地增加金属泡沫连接板120与单元电池110之间的接触面积，由此最大程度地提高集电效率。此外，金属泡沫连接板120形成为具有多孔性。因而，尽管单元电池110容纳在金属泡沫连接板120的沟槽121内，燃料(氢气)仍然能够有效地供给到阳极119，而不会存在任何问题。金属泡沫连接板120需要具有上述电导性和多孔性。因而，金属泡沫连接板120优选地通过采用金属泡沫、板、金属纤维等形成。
如图6和图7所示，通过采用一个金属泡沫连接板120，能够实现对并排的多个单元电池110的电流收集。此外，如图8所示，当使用两个或多于两个的金属泡沫连接板120时，金属泡沫连接板120和单元电池110可以交替层叠。当金属泡沫连接板120与单元电池110交替层叠时，每个金属泡沫连接板20的沟槽121选择性地分别仅与单元电池110的阳极119接触，并且每个金属泡沫连接板120的另一表面选择性地仅与单元电池110的连接件130接触。因而，并排布置并容纳在一个金属泡沫连接板120内的单元电池110彼此并联，而垂直布置并容纳在不同金属泡沫连接板120内的单元电池110彼此串联。从而，根据本优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块200能够通过调整待层叠的金属泡沫连接板120的数量而获得必要的电压。
下面参照图8详细描述金属泡沫连接板120和单元电池110交替层叠的结构。金属泡沫连接板120包括第一金属泡沫连接板125和一个或多个第二金属泡沫连接板127，其中所述第一金属泡沫连接板125布置在最下部，所述一个或多个金属泡沫连接板127布置在第一金属泡沫连接板125的上方。在第二金属泡沫连接板127的上方设有金属泡沫集电板128。金属泡沫集电板128形成为具有预定厚度T2的板状。其中，形成在第二金属泡沫连接板127上表面上的沟槽121选择性地仅与阳极119接触，并且金属泡沫连接板127的下表面123选择性地仅与连接件130接触。因为第一金属泡沫连接板125的下方并未布置单元电池110，因此仅形成在第一金属泡沫连接板125上表面上的沟槽121选择性地与阳极119接触。由于金属泡沫集电板128的上方并未布置单元电池110，这与第一金属泡沫连接板125相反，因此仅金属泡沫集电板128的下表面129选择性地与连接件130接触，同时金属泡沫集电板128的上表面未形成有沟槽121。从而，第二金属泡沫连接板127将垂直布置的单元电池110串联连接。最终而言，第一金属泡沫连接板125能够收集负电流，金属泡沫集电板128能够收集正电流。同时，除了金属泡沫集电板128的上表面未形成沟槽121之外，该金属泡沫集电板128与第一金属泡沫连接板125和第二金属泡沫连接板127基本相同。相应地，金属泡沫集电板128优选地具有电导性和多孔性。
根据本优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块200采用金属泡沫连接板120来收集电流。因此，本优选实施方式与现有技术不同，不需要进行复杂的布线工艺，从而简化了制造过程，降低了制造成本。另外，本优选实施方式能够通过采用金属泡沫连接板120稳定地层叠多个单元电池110，并且由于金属泡沫连接板120的多孔性能够容易地将燃料(氢气)供给到单元电池110。
如上所述，本发明与现有技术不同，通过采用金属泡沫连接板以收集电流而不需要进行复杂的布线工艺，从而简化了制造过程，降低了制造成本。
此外，本发明通过采用金属泡沫连接板而能够稳定地层叠多个单元电池，并且通过利用金属泡沫连接板的多孔性能够容易地供应燃料或空气(氧气)。
尽管出于阐述的目的公开了本发明的优选实施方式，但是这些优选实施方式仅用于具体说明本发明，因此根据本发明的固体氧化物燃料电池模块并不局限于此，相反，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离附随的权利要求所公开的本发明的范围和构思的前提下，可以对本发明进行多种改变、添加和替换。相应地，这种改变、添加和替换也应被理解为落入本发明的范围。

Claims (16)

1.固体氧化物燃料电池模块，该固体氧化物燃料电池模块包括：
多个单元电池，每个所述单元电池通过在形成为管状的阳极支撑件的外周面上依次地层叠电解质和阴极而形成；以及
一个或多个金属泡沫连接板，每个所述金属泡沫连接板形成为具有预定厚度的板状，所述金属泡沫连接板的一个表面上沿该金属泡沫连接板的厚度方向形成有沟槽，以使得所述单元电池分别容纳在所述沟槽内。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述阳极支撑件的所述外周面的一部分通过将所述电解质的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分和所述阴极的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分去除而沿该阳极支撑件的长度方向暴露，并且
其中所述固体氧化物燃料电池模块还包括连接件，每个所述连接件设置在所述阳极支撑件的所述外周面的暴露部分上，以使得该连接件与所述阴极间隔开，并突出到容纳有所述单元电池的所述金属泡沫连接板的一个表面之外。
3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫连接板的数量是两个或多于两个，所述金属泡沫连接板和所述多个单元电池交替层叠，以使得每个所述沟槽选择性地与所述阴极接触，并且所述金属泡沫连接板的另一表面选择性地与所述连接件接触。
4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫连接板包括：
第一金属泡沫连接板，该第一金属泡沫连接板布置在最下部，该第一金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阴极接触；以及
一个或多个第二金属泡沫连接板，每个所述第二金属泡沫连接板布置在所述第一金属泡沫连接板上方，所述第二金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阴极接触，并且所述第二金属泡沫连接板的下表面选择性地与所述连接件接触，并且
其中所述固体氧化物燃料电池模块还包括金属泡沫集电板，该金属泡沫集电板形成为具有预定厚度的板状，并且布置在所述第二金属泡沫连接板的上方，以使得所述金属泡沫集电板的下表面选择性地与所述连接件接触。
5.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述沟槽具有内壁，该内壁形成为与所述单元电池的外周面相对应。
6.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫连接板具有多孔性。
7.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫连接板涂覆有防氧化层。
8.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫集电板具有多孔性。
9.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫集电板涂覆有防氧化层。
10.固体氧化物燃料电池模块，该固体氧化物燃料电池模块包括：
多个单元电池，每个所述单元电池通过在形成为管状的阴极支撑件的外周面上依次地层叠电解质和阳极而形成；以及
一个或多个金属泡沫连接板，每个所述金属泡沫连接板形成为具有预定厚度的板状，所述金属泡沫连接板的一个表面上沿该金属泡沫连接板的厚度方向形成有沟槽，以使得所述单元电池分别容纳在所述沟槽内。
11.根据权利要求10所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述阴极支撑件的所述外周面的一部分通过将所述电解质的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分和所述阳极的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分去除而沿该阴极支撑件的长度方向暴露，并且
其中所述固体氧化物燃料电池模块还包括连接件，每个所述连接件设置在所述阴极支撑件的所述外周面的暴露部分上，以使得该连接件与所述阳极间隔开，并突出到容纳有所述单元电池的所述金属泡沫连接板的一个表面之外。
12.根据权利要求11所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫连接板的数量是两个或多于两个，所述金属泡沫连接板和所述多个单元电池交替层叠，以使得每个所述沟槽选择性地与所述阳极接触，并且所述金属泡沫连接板的另一表面选择性地与所述连接件接触。
13.根据权利要求12所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫连接板包括：
第一金属泡沫连接板，该第一金属泡沫连接板布置在最下部，该第一金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阳极接触；以及
一个或多个第二金属泡沫连接板，每个所述第二金属泡沫连接板布置在所述第一金属泡沫连接板上方，所述第二金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阳极接触，所述第二金属泡沫连接板的下表面选择性地与所述连接件接触，并且
其中所述固体氧化物燃料电池模块还包括金属泡沫集电板，该金属泡沫集电板形成为具有预定厚度的板状，并且布置在所述第二金属泡沫连接板的上方，以使得所述金属泡沫集电板的下表面选择性地与所述连接件接触。
14.根据权利要求10所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述沟槽具有内壁，该内壁形成为与所述单元电池的外周面相对应。
15.根据权利要求10所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫连接板具有多孔性。
16.根据权利要求13所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫集电板具有多孔性。
CN201110267070XA 2010-09-10 2011-09-09 固体氧化物燃料电池模块 Pending CN102403524A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100088806A KR101222836B1 (ko) 2010-09-10 2010-09-10 고체산화물 연료전지 모듈
KR10-2010-0088806 2010-09-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102403524A true CN102403524A (zh) 2012-04-04

Family

ID=45807028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110267070XA Pending CN102403524A (zh) 2010-09-10 2011-09-09 固体氧化物燃料电池模块

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20120064428A1 (zh)
JP (1) JP2012059707A (zh)
KR (1) KR101222836B1 (zh)
CN (1) CN102403524A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102856569A (zh) * 2012-10-09 2013-01-02 复旦大学 多孔阴极涂敷矩阵式的小型固体氧化物燃料电池装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130057106A (ko) * 2011-11-23 2013-05-31 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 스택
JP6973759B1 (ja) * 2020-08-03 2021-12-01 株式会社堤水素研究所 チューブタイプｓｏｆｃ

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003263994A (ja) * 2002-03-11 2003-09-19 Mitsubishi Materials Corp 固体電解質型燃料電池
US20070048578A1 (en) * 2005-08-29 2007-03-01 Hiromi Tokoi Tube type fuel cell

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07211334A (ja) * 1994-01-19 1995-08-11 Fuji Electric Co Ltd 固体電解質型燃料電池
US6379831B1 (en) * 2000-08-02 2002-04-30 Siemens Westinghouse Power Corporation Expanded nickel screen electrical connection supports for solid oxide fuel cells
US6824907B2 (en) * 2002-01-16 2004-11-30 Alberta Reasearch Council, Inc. Tubular solid oxide fuel cell stack
US6936367B2 (en) * 2002-01-16 2005-08-30 Alberta Research Council Inc. Solid oxide fuel cell system
KR100437498B1 (ko) * 2002-02-04 2004-06-25 한국에너지기술연구원 연료극 지지체식 원통형 고체산화물 연료전지 스택과 그제조 방법
CA2414622A1 (en) * 2002-12-17 2004-06-17 Alberta Research Council Inc. Compact solid oxide fuel cell stack
JP2005174846A (ja) * 2003-12-15 2005-06-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池ブロック及びその製造方法
JP2005203238A (ja) * 2004-01-16 2005-07-28 Nissan Motor Co Ltd 集電体及び固体酸化物形燃料電池
JP2005310719A (ja) * 2004-04-26 2005-11-04 Toto Ltd 筒状燃料電池集合体
JP5240700B2 (ja) * 2006-06-30 2013-07-17 日本特殊陶業株式会社 燃料電池スタック及びその製造方法
JP5214956B2 (ja) * 2007-11-30 2013-06-19 日本特殊陶業株式会社 電気化学リアクタースタック及びその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003263994A (ja) * 2002-03-11 2003-09-19 Mitsubishi Materials Corp 固体電解質型燃料電池
US20070048578A1 (en) * 2005-08-29 2007-03-01 Hiromi Tokoi Tube type fuel cell

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102856569A (zh) * 2012-10-09 2013-01-02 复旦大学 多孔阴极涂敷矩阵式的小型固体氧化物燃料电池装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20120064428A1 (en) 2012-03-15
JP2012059707A (ja) 2012-03-22
KR20120026734A (ko) 2012-03-20
KR101222836B1 (ko) 2013-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Singhal Solid oxide fuel cells for stationary, mobile, and military applications
US8304136B2 (en) Solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell bundle
CN1591949B (zh) 集电器支承的燃料电池
CN104412434A (zh) 用于燃料电池的气体分布元件
KR101130126B1 (ko) 평관형 고체산화물 연료전지의 전기 연결재 제작 및 설치
US20140178795A1 (en) Solid oxide fuel cell and method of manufacturing interconnector for solid oxide fuel cell
US20100062302A1 (en) Metal support and solid oxide fuel cell including the same
US20120058406A1 (en) Solid oxide fuel cell
US20110189575A1 (en) Method for manufacturing polymer electrolyte membrane for fuel cell, membrane electrode assembly and polymer electrolyte membrane fuel cell
US20140045097A1 (en) Current collector for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell having the same
US20140120450A1 (en) Solid oxide fuel cell module
CN102403524A (zh) 固体氧化物燃料电池模块
US20110053045A1 (en) Solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same
Shi et al. High temperature electrolysis for hydrogen or syngas production from nuclear or renewable energy
US20110027685A1 (en) Fuel cell comprising multi-tubular support
KR101301354B1 (ko) 고체 산화물 연료 전지 및 고체 산화물 연료 전지 모듈
US20110033770A1 (en) Fuel cell stack having single body support
US20140178799A1 (en) Solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof
KR101155375B1 (ko) 평관형 고체산화물 연료전지용 병합형 연료극 지지체 및 이를 이용한 스택 구조
KR20140099701A (ko) 고체산화물 연료 전지
US20140178793A1 (en) Solid oxide fuel cell
US20110151349A1 (en) Double-electrolyte fuel-cell
US20110104584A1 (en) Metal supported solid oxide fuel cell
KR101220740B1 (ko) 유로가 형성된 집전체를 포함하는 고체 산화물 연료전지 분리판 및 그 제조방법
US20140178797A1 (en) Solid oxide fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120404