CN103872352A - 平板式固体氧化物燃料电池堆及其电池连接件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平板式固体氧化物燃料电池堆的电池连接件，所述电池连接件上设有燃料进口、燃料出口、氧化气体进口和氧化气体进口出口，电池连接件的边缘设有边缘密封区域，电池连接件两侧分别设有阴极流道和阳极流道，燃料进口和燃料出口均与阳极流道连通，氧化气体进口和氧化气体出口均与阴极流道连通，阳极流道和阴极流道平行，燃料进口和氧化气体进口位于电池连接件的同侧或相对两侧。阴极流道和阳极流道内的氧化气体与燃料气体流动方向相同或相反，平板式固体氧化物燃料电池堆整体反应热产生均匀，并且整体温度梯度较小，提高了平板式固体氧化物燃料电池堆的功率。
Description
技术领域
本发明涉及能源生产技术领域，特别涉及一种平板式固体氧化物燃料电池堆的电池连接件。本发明还涉及一种包括上述电池连接件的平板式固体氧化物燃料电池堆。
背景技术
燃料电池为一种将化学能转化为电能的发电装置，平板式固体氧化物燃料电池堆为一种常用的燃料电池放电装置。
如图1所示，传统的平板式固体氧化物燃料电池堆包括多片固体氧化物燃料电池及布置于相邻两个固体氧化物燃料电池之间的电池连接件，电池连接件作为平板式固体氧化物燃料电池堆的主要元部件将相邻两个单片固体氧化物燃料电池的氧化气体与燃料气体隔离，并且电池连接件能够将单片固体氧化物燃料电池电化学反应所产生的电流向外导引。具体的，固体氧化物燃料电池包括阴极层05、阳极层03及位于阴极层05与阳极层03之间的固体氧化物电解质层04，电池连接件的两侧分别布置有阴极流道01和阳极流道02，具体的，阴极流道01和阳极流道02垂直交错布置于电池连接件的两侧，氧化气体和燃料气体分别在阴极流道01和阳极流道02内流动。
然而，由于阳极流道02和阴极流道01垂直交错布置于电池连接件的两侧，所以阳极流道02和阴极流道01内的燃料和氧化气体的流动方向也相互垂直交错，导致平板式固体氧化物燃料电池堆在不同区域燃料和氧化气体的比例不相同，所以平板式固体氧化物燃料电池堆在不同区域的电化学反应程度和产生的功率密度不同，平板式固体氧化物燃料电池堆内部温差较大，平板式固体氧化物燃料电池堆内部的热量难以顺利排出，平板式固体氧化物燃料电池堆的功率较低。
因此，如何提高平板式固体氧化物燃料电池堆的功率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种平板式固体氧化物燃料电池堆的电池连接件，该电池连接件能够提高平板式固体氧化物燃料电池堆的功率。本发明的另一目的是提供一种包括上述电池连接件的平板式固体氧化物燃料电池堆。
为实现上述目的，本发明提供一种平板式固体氧化物燃料电池堆的电池连接件，所述电池连接件上设有燃料进口、燃料出口、氧化气体进口和氧化气体出口，所述电池连接件的边缘设有边缘密封区域，所述电池连接件两侧上分别设有阴极流道和阳极流道，所述燃料进口和所述燃料出口均与所述阳极流道连通，所述氧化气体进口和所述氧化气体出口均与所述阴极流道连通，所述阳极流道和所述阴极流道平行，所述燃料进口和所述氧化气体进口位于所述电池连接件的同侧或相对两侧。
优选地，所述燃料进口为燃料条状进口，所述燃料进口的两端向所述电池连接件的两端延伸。
优选地，所述氧化气体出口为开口式氧化气体出口。
优选地，所述氧化气体进口为氧化气体条状进口，所述氧化气体进口的两端向所述电池连接件的两端延伸。
优选地，所述氧化气体出口为氧化气体条状出口，所述氧化气体出口的两端向所述电池连接件的两端延伸。
优选地，所述阳极流道宽度以燃料进口为中心向所述电池连接件的两端渐扩。
优选地，所述阳极流道两端均设有扇形扩散区，所述燃料进口和所述燃料出口均位于所述扇形扩散区内。
优选地，所述燃料进口与所述阳极流道之间设有燃料导流区。
优选地，所述氧化气体进口与所述阴极流道之间设有氧化气体导流区。
一种平板式固体氧化物燃料电池堆，包括至少两片固体氧化物燃料电池和布置于相邻两个所述固体氧化物燃料电池之间的电池连接件，所述电池连接件为上述任一项所述的电池连接件。
在上述技术方案中，本发明提供的平板式固体氧化物燃料电池堆的电池连接件，电池连接件上设有燃料进口、燃料出口、氧化气体进口和氧化气体出口，电池连接件的边缘设有边缘密封区域，电池连接件两侧上分别设有阴极流道和阳极流道，其中燃料进口和燃料出口均与阳极流道连通，氧化气体进口和氧化气体出口均与阴极流道连通，阳极流道和阴极流道平行，燃料进口和氧化气体进口位于电池连接件的同侧或相对两侧。平板式固体氧化物燃料电池堆在工作过程中，氧化气体通过氧化气体进口进入阴极流道，阴极流道供氧化气体流动，然后经过氧化气体出口排出。燃料气体通过燃料气体进口进入阳极流道，阳极流道供燃料气体流动，然后经过燃料气体出口排出。
通过上述描述可知，在发明提供的平板式固体氧化物燃料电池堆的电池连接件中，由于阳极流道和阴极流道平行，燃料进口和氧化气体进口位于电池连接件的同侧或相对两侧，即燃料出口和氧化气体出口位于电池连接件的同侧或相对两侧，阴极流道和阳极流道内的氧化气体与燃料气体流动方向相同或相反，平板式固体氧化物燃料电池堆整体反应热的产生均匀，对于上述背景技术中，氧化气体和燃料流动方向所导致的平板式固体氧化物燃料电池堆内部反应热不均匀和堆内热量不易排出等情况，平板式固体氧化物燃料电池堆温度分布更均匀，提高了平板式固体氧化物燃料电池堆的功率。
附图说明
图1为传统的平板式固体氧化物燃料电池堆的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的一种电池连接件的阴极侧结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的另一种电池连接件的阴极侧结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的一种电池连接件的阳极侧结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的另一种电池连接件的阳极侧结构示意图；
图6为本发明实施例所提供的又一种电池连接件的阳极侧结构示意图；
图7为本发明实施例所提供的平板式固体氧化物燃料电池堆的结构示意图。
其中图1-7中：01-阴极流道、02-阳极流道、03-阳极层、04-固体氧化物电解质层、05-阴极层；
1-氧化气体进口、2-氧化气体出口、3-阴极流道凸起、4-阴极流道、5-边缘密封区域、6-燃料进口、7-燃料出口、8-阳极流道凸起、9-阳极流道、10-固体氧化物燃料电池、11-电池连接件、12-氧化气体导流区、13-燃料导流区。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种平板式固体氧化物燃料电池堆的电池连接件，该电池连接件能够提高平板式固体氧化物燃料电池堆的功率。本发明的另一核心是提供一种包括上述电池连接件的平板式固体氧化物燃料电池堆。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图2至图7，在一种具体实施方式中，本发明提供的平板式固体氧化物燃料电池堆的电池连接件，电池连接件11上设有燃料进口6、燃料出口7、氧化气体进口1和氧化气体出口2，具体的，燃料进口6、燃料出口7、氧化气体进口1和氧化气体出口2可以均为圆形口，燃料进口6和氧化气体进口1可以位于电池连接件11的同侧，此时为共流结构；当然，燃料进口6和氧化气体进口1可以位于电池连接件11的相对两侧，此时为对流结构。为保证良好的导电性、热稳定性及与固体氧化物燃料电池10热膨胀系数匹配，电池连接件11可以由金属材质制成。为了提高电池连接件11的整体强度，本发明优选，电池连接件11为铁铬合金连接件。
电池连接件11两侧上分别设有阴极流道4和阳极流道9，具体的，相邻两个阴极流道4通过阴极流道凸起3间隔，相邻两个阳极流道9通过阳极流道凸起8间隔，阳极流道9和阴极流道4可以均为长方体形流道区，阳极流道9和阴极流道4沿电池连接件11厚度方向的截面可以为长方形，为了便于工作人员加工电池连接件11，阴极流道凸起3和阳极流道凸起8沿电池连接件11厚度方向的截面可以为直条状，当然，阴极流道凸起3和阳极流道凸起8也可以为点状布置，点状表面可以为折线型，点状表面也可以为弧形。当然，阳极流道9和阴极流道4还可以沿电池连接件11厚度方向的截面为等腰梯形，相应的，阴极流道凸起3和阳极流道凸起8沿电池连接件11厚度方向的截面也为等腰梯形。为了便于工作人员加工电池连接件11，阳极流道9和阴极流道4的形状相同，阴极流道凸起3和阳极流道凸起8的形状相同。阴极流道凸起3和阳极流道凸起8可以对称分布于电池连接件11的两侧，阴极流道凸起3也可以与阳极流道9对称分布与电池连接件11的两侧，当然，阳极流道凸起8和阴极流道凸起3的位置并不局限于上述情况。燃料进口6和燃料出口7均与阳极流道9连通，氧化气体进口1和氧化气体出口2均与阴极流道4连通，阳极流道9和阴极流道4平行。
平板式固体氧化物燃料电池堆在工作过程中，阴极流道凸起3与固体氧化物燃料电池10的阴极层相连并导电，阳极流道凸起8与固体氧化物燃料电池10的阳极层相连并导电。氧化气体通过氧化气体进口1进入阴极流道4，阴极流道4供氧化气体流动，阴极流道4供氧化气体流通并与阴极层发生电化学反应，然后经过氧化气体出口2排出。燃料气体通过燃料进口6进入阳极流道9，阳极流道9供燃料流通并与阳极层发生电化学反应，然后经过燃料出口7排出。
通过上述描述可知，在发明提供的平板式固体氧化物燃料电池堆的电池连接件中，由于阳极流道9和阴极流道4平行，燃料进口6和氧化气体进口1位于电池连接件11的同侧或相对两侧，即燃料出口7和氧化气体出口2位于电池连接件11的同侧或相对两侧，阴极流道4和阳极流道9内的氧化气体与燃料气体流动方向相同或相反，平板式固体氧化物燃料电池堆整体反应热的均匀产生，产生热量的梯度也较小，对于上述背景技术中，氧化气体和燃料流动方向所导致平板式固体氧化物燃料电池堆内部反应热不均匀和堆内热量不易排出等情况，本申请使得平板式固体氧化物燃料电池堆温度分布更均匀，提高了平板式固体氧化物燃料电池堆的功率，并且有效地延长了电池连接件11的使用寿命。
优选地，燃料进口6为燃料条状进口，且燃料进口6的两端向电池连接件11的两端延伸，即燃料进口6长度方向与阳极流道9的排布方向相同，由于燃料进口6为燃料条状进口，便于燃料均匀进入各个阳极流道9，提高了工作效率，避免电池连接件11各部位温度不均匀的情况，有效地延长了电池连接件11的使用寿命。为了便于热量及时排出，燃料出口7也为燃料条状出口。
如图2和图3所示，氧化气体进口1为氧化气体条状进口，氧化气体进口1的两端向电池连接件11的两端延伸，由于氧化气体进口1为氧化条状进口，便于氧化气体及时进入阴极流道4，及时进行反应，提高了平板式固体氧化物燃料电池堆的工作效率。当然，氧化气体进口1可以为直条状布置，并且可以有多个氧化气体进口1，多个氧化气体进口1沿阴极流道4排布方向均匀分布。当然，氧化气体进口1也可以为折线型布置，或者弧形布置等。
进一步，如图3所示，氧化气体出口2可以为氧化气体条状出口，氧化气体出口2的两端向电池连接件11的两端延伸。由于氧化气体出口2形状为条状，使得氧化气体在阴极流道4流动更为顺畅，且便于氧化气体排出，进一步延长了电池连接件11的使用寿命。
优选地，如图3所示，氧化气体出口2为开口式氧化气体出口，具体的，氧化气体出口2即为阴极流道4的出气端，阴极流道4的出气端延伸至电池连接件11的末端，由于氧化气体出口2为开口式氧化气体出口，使得氧化气体在阴极流道4内流动与排出更为顺畅，进一步延长了电池连接件11的使用寿命。
阳极流道9宽度以燃料进口6为中心向两侧渐扩，即距离燃料进口6较远的阳极流道9的宽度大于距离燃料进口6较近的阳极流道9的宽度，进而使得各阳极流道9内气体分布更为均匀。
进一步，如图4所示，阳极流道9两端均设有扇形扩散区，燃料进口6和燃料出口7均位于扇形扩散区内，其中扇形扩散区为阳极流道凸起8与阳极流道9的长度缩短形成的弧形结构，通过将燃料进口6和燃料出口7设置在扇形扩散区内便于燃料及时进入阳极流道9进行反应，提高了工作效率。
当然，如图6所示，燃料进口6与阳极流道9之间设有燃料导流区13，燃料进口6通过燃料导流区13与阳极流道9连通，为了进一步延长燃料进口6与阳极流道9之间的距离，优选燃料进口6与电池连接件11的边缘密封区域5相切。当然，燃料出口7与阳极流道9之间也可以设有燃料导流区13，燃料出口7通过燃料导流区13与阳极流道9连通。通过设置燃料导流区13，有效地延长了燃料进口6与阳极流道9之间的距离，便于每个阳极流道9内燃料分布均匀，避免燃料分布不均匀的情况，进一步延长电池连接件11的使用寿命。如图5所示，燃料进口6可以一部分位于边缘密封区域5内，另一部分位于燃料导流道区13内。
同理，为了进一步延长电池连接件11的使用寿命氧化气体进口1与阴极流道4之间设有氧化气体导流区12，氧化气体进口1通过氧化气体导流区12与阴极流道4连通，为了进一步延长氧化气体进口1与阴极流道4之间的距离，优选氧化气体进口1与电池连接件11的边缘密封区域5相切。当然，氧化气体出口2与阴极流道4之间也可以形成氧化气体导流区12，即氧化气体出口2通过氧化气体导流区12与阴极流道4连通。
如图7所示，本发明提供的一种平板式固体氧化物燃料电池堆，包括至少两片固体氧化物燃料电池10和布置于相邻两个固体氧化物燃料电池10之间的电池连接件11，其中电池连接件11为上述任一种电池连接件11，其它装置为现有技术本文不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种平板式固体氧化物燃料电池堆的电池连接件，所述电池连接件上设有燃料进口、燃料出口、氧化气体进口和氧化气体出口，所述电池连接件的边缘设有边缘密封区域，所述电池连接件两侧上分别设有阴极流道和阳极流道，所述燃料进口和所述燃料出口均与所述阳极流道连通，所述氧化气体进口和所述氧化气体出口均与所述阴极流道连通，其特征在于，所述阳极流道和所述阴极流道平行，所述燃料进口和所述氧化气体进口位于所述电池连接件的同侧或相对两侧。
2.根据权利要求1所述的电池连接件，其特征在于，所述燃料进口为燃料条状进口，所述燃料进口的两端向所述电池连接件的两端延伸。
3.根据权利要求1所述的电池连接件，其特征在于，所述氧化气体出口为开口式氧化气体出口。
4.根据权利要求1所述的电池连接件，其特征在于，所述氧化气体进口为氧化气体条状进口，所述氧化气体进口的两端向所述电池连接件的两端延伸。
5.根据权利要求4所述的电池连接件，其特征在于，所述氧化气体出口为氧化气体条状出口，所述氧化气体出口的两端向所述电池连接件的两端延伸。
6.根据权利要求1所述的电池连接件，其特征在于，所述阳极流道宽度以燃料进口为中心向所述电池连接件的两端渐扩。
7.根据权利要求1所述的电池连接件，其特征在于，所述阳极流道两端均设有扇形扩散区，所述燃料进口和所述燃料出口均位于所述扇形扩散区内。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的电池连接件，其特征在于，所述燃料进口与所述阳极流道之间设有燃料导流区。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的电池连接件，其特征在于，所述氧化气体进口与所述阴极流道之间设有氧化气体导流区。
10.一种平板式固体氧化物燃料电池堆，包括至少两片固体氧化物燃料电池和布置于相邻两个所述固体氧化物燃料电池之间的电池连接件，其特征在于，所述电池连接件为权利要求1-9中任一项所述的电池连接件。
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