CN104769762A - 用于燃料电池堆叠的经改进互连件及端板设计 - Google Patents

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CN104769762A CN201380058105.6A CN201380058105A CN104769762A CN 104769762 A CN104769762 A CN 104769762A CN 201380058105 A CN201380058105 A CN 201380058105A CN 104769762 A CN104769762 A CN 104769762A
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迈克尔·葛罗奇
丹尼尔·达葛
马蒂亚斯·戈特曼
岚·瑞南
帕特瑞·贝拉吉·纳拉辛哈·普雷沙
瑞米夏·甘塔纳
安纳达·桑达尔杰
萨金·帕哈
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Abstract

各种实施例包含具有用于降低燃料电池堆叠中的应力的特征的互连件及/或端板。在实施例中，互连件/端板可具有相对于流场凹入的窗口密封区域，以间接地降低界面密封引起的应力。其它特征可包含端板的较厚保护涂层及/或较大未涂覆区域，从而在端板上为界面密封提供凹入部分，及/或使互连件的燃料孔区相对于所述流场凹入以降低燃料电池上的应力。进一步实施例包含提供间断密封支撑以最小化不对称密封负载，及/或提供非圆形密封配置以降低围绕燃料电池的燃料孔的应力。

Description

用于燃料电池堆叠的经改进互连件及端板设计
相关申请案
本申请案主张优先于2012年11月6日提出申请的第61/723,066号美国临时申请案的权益，所述临时申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
背景技术
在高温燃料电池系统(例如固态氧化物燃料电池(SOFC)系统)中，氧化流穿过燃料电池的阴极侧，而燃料流穿过燃料电池的阳极侧。所述氧化流通常为空气，而所述燃料流可为烃化物燃料，例如甲烷、天然气、戊烷、乙醇或甲醇。以介于750℃与950℃之间的典型温度操作的燃料电池使带负电荷氧离子能够从阴极流动流(flow stream)传输到阳极流动流，其中所述离子与游离氢或烃分子中的氢组合以形成水蒸气，及/或与一氧化碳组合以形成二氧化碳。通过贯穿于阳极与阴极之间的电路将来自带负电荷离子的过量电子往回路由到燃料电池的阴极侧，从而产生穿过所述电路的电流流动。
为了优化SOFC的操作，应精确地调节所述氧化流及所述燃料流。因此，应精确地制造燃料电池系统中的流动调节结构，例如互连件(IC)及端板(EP)。当前使用的一种类型的互连件及端板为通过粉末冶金技术形成的金属互连件/端板。SOFC互连件及端板需要好的形貌均匀性(平坦性)，以确保电解质不会经历超过电解质的断裂强度的应力集中。
发明内容
实施例包含用于燃料电池堆叠的互连件，所述互连件包含：第一侧，其包括界定流场的隆起特征；第二侧，其与所述第一侧相对；及开口，其用于反应剂，延伸穿过所述互连件，其中所述互连件包括以下各项中的至少一者：(a)所述第一侧包括用于接纳围绕所述流场的外围延伸的窗口密封的升高部分，且所述升高部分的至少一部分的高度至少在接近于所述开口处相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入，(b)所述互连件包括具有位于所述第二侧上且环绕所述开口的界面密封的端板，且所述第二侧包括在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中所述保护涂层的厚度与所述界面密封的厚度相差不足20％，(c)所述互连件包括具有位于所述第二侧上且环绕所述开口的界面密封的端板，且所述第二侧包括在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中所述界面密封位于所述第二侧的未涂覆部分上，且所述未涂覆部分的外围包含沿着所述端板的外边缘延伸的大体笔直部分及面向所述端板的中间的弯曲部分，(d)所述互连件包括具有位于所述第二侧上且环绕所述开口的界面密封的端板，且所述第二侧包括在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，且其中所述界面密封位于所述第二侧中的凹入部分上且在所述保护涂层上面，或(e)所述第一侧包括环绕所述开口的平坦升高表面，且所述升高表面的高度相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入。
进一步实施例包含用于燃料电池堆叠的互连件，所述互连件包含：多个凸肋及通道，其在所述互连件的第一主表面上，界定用于反应剂的流场；及多个隆起表面，其在所述第一主表面上，位于所述互连件的边缘与所述流场之间，所述隆起表面经间断地间隔以允许所述反应剂在所述隆起表面之间流动。
进一步实施例包含用于燃料电池堆叠的互连件，所述互连件包含：多个凸肋及通道，其在所述互连件的第一主表面上，界定用于第一反应剂的流场；开口，其用于第二反应剂，延伸穿过所述互连件；升高表面，其在所述互连件的所述第一主表面上环绕所述开口；及密封，其在所述升高表面上且环绕所述开口，其中所述密封包括面向所述互连件的边缘的大体笔直区段及面向所述互连件的中间的弯曲区段，其中所述大体笔直区段由所述密封的外围的大体笔直部分及所述密封的内部开口的大体笔直部分界定。
进一步实施例包含如上文所描述制作用于燃料电池堆叠的互连件的方法。
附图说明
并入本文中且构成此说明书的部分的随附图式图解说明本发明的实例实施例，且与上文给出的大体说明及下文给出的详细说明一起用于阐释本发明的特征。
图1图解说明SOFC堆叠的侧横截面图。
图2A是现有技术的互连件的阴极侧的透视图。
图2B是现有技术的互连件的阳极侧的透视图。
图3是现有技术的燃料电池堆叠的端板的部分横截面图。
图4A是根据实施例在端板的面向阳极侧上具有凹入部分的端板的部分横截面图。
图4B是示意性地图解说明变形的图4A的端板的部分横截面图。
图5是根据实施例具有相对厚的保护涂层及相对较大的未涂覆区的端板的部分横截面图。
图6是图5的端板的俯视图。
图7是具有小的未涂覆区的现有技术的端板的俯视图。
图8是根据实施例的端板的部分横截面图，所述端板具有凹入部分及位于所述凹入部分中且在保护涂层上面的界面密封。
图9A是具有局部凹入部分的燃料端板的面向阳极侧的俯视图。
图9B是互连件的面向阴极侧的俯视图。
图10A是沿着图9A到B中的线D-D截取的燃料电池堆叠的一端的分解横截面图。
图10B是沿着图9A到B中的线E-E截取的燃料电池堆叠的一端的分解横截面图。
图11示意性地图解说明燃料电池的复合弯曲。
图12A是根据实施例的燃料端板的面向阳极侧的俯视图，所述燃料端板具有延伸于端板的边缘上面的凹入窗口密封部分。
图12B是根据实施例的互连件的面向阴极侧的俯视图，所述互连件具有环绕所述燃料孔的相对于流场特征的高度凹入的升高表面。
图13A是沿着图12A到B中的线F-F截取的燃料电池堆叠的一端的分解横截面图。
图13B是沿着图12A到B中的线G-G截取的燃料电池堆叠的一端的分解横截面图。
图14图解说明根据实施例的互连件的阴极侧，所述互连件具有用于提供间断的密封支援的隆起岛。
图15A是具有圆形密封的互连件的阴极侧的部分透视图。
图15B是图解说明圆形密封的图15A的互连件的燃料孔区域的放大图。
图16A是根据实施例的互连件的阴极侧的部分透视图，所述互连件具有包含大体笔直区段及弯曲部分的非圆形密封。
图16B是根据实施例图解说明所述非圆形密封的图16A的互连件的燃料孔区域的放大图。
具体实施方式
将参照随附图式详细描述各种实施例。所述图式未必按比例，且打算图解说明本发明的各种特征。无论在什么可能的情况下，贯穿各图式将使用相同元件符号来指代相同或类似部件。出于图解说明的目的参考特定实例及实施方案，且不打算限制本发明的范围或权利要求书。
各种实施例包含：用于燃料电池堆叠的互连件及端板，并入有此些互连件及端板的燃料电池堆叠及系统，及制作用于燃料电池堆叠的互连件及端板的方法。
对于固态氧化物燃料电池堆叠，当前使用的互连件通常由导电金属材料制成，且可包括铬合金，例如Cr-Fe合金。互连件通常使用粉末冶金技术来制作，所述粉末冶金技术包含压制及烧结Cr-Fe粉末(其可为Cr及Fe粉末的混合物)以形成呈期望大小及形状的Cr-Fe互连件(例如，“净成形”或“近净成形”程序)。典型铬合金互连件包括以重量计超过约90％的铬，例如以重量计约94％到96％(例如，95％)的铬。所述互连件还可含有以重量计不足约10％的铁，例如以重量计约4％到6％(例如，5％)的铁，可含有以重量计不足约2％(例如以重量计约零到1％)的其它材料，例如钇或氧化钇，以及残余或不可避免的杂质。
在操作中暴露于氧化环境(例如，空气)的互连件的表面(例如互连件的面向阴极侧)可涂覆有保护涂覆层，以便减小氧化铬表面层在互连件上的生长速率，且抑制可破坏燃料电池阴极的铬蒸气种类的蒸发。通常，可使用喷涂或浸涂程序来形成所述涂覆层，所述涂覆层可包括钙钛矿，例如锰酸镧锶(LSM)。另一选择为，替代或除LSM外，还可使用其它金属氧化物涂覆，例如尖晶石，例如(Mn,Co)3O4尖晶石。可使用具有组合物Mn2-xCo1+xO4(0≤x≤1)或书写为z(Mn3O4)+(1-z)(Co3O4)(其中(1/3≤z≤2/3))或书写为(Mn,Co)3O4的任何尖晶石。
图1中图解说明固态氧化物燃料电池(SOFC)堆叠的实例。每一SOFC 1包括阴极电极7、固态氧化物电解质5及阳极电极3。燃料电池堆叠通常由大量SOFC 1以平面元件、管或其它几何形状的形式建构而成。燃料及空气必须被提供到电化学作用表面，所述表面可为大的。一或多个燃料电池堆叠可与燃料电池发电系统的其它组件(例如，一或多个燃烧器、燃料重组器、流体导管及歧管等)热一起集成于共同外壳或“热箱(hotbox)”中。
在凸肋10之间含有气流通路或通道8的气流分离器9(当作为平面堆叠的部分时，称为气流分离器板)分离所述堆叠中的个别电池。通常，还将气流分离器板9用作互连件，其将一个电池的阳极或燃料电极3电连接到邻近电池的阴极或空气电极7。在此情形中，用作互连件的气流分离器板由导电材料制成或含有导电材料。互连件/气流分离器9分离流动到所述堆叠中的一个电池的燃料电极(即，阳极3)的烃化物燃料与流动到所述堆叠中的邻近电池的空气电极(即，阴极7)的氧化剂(例如空气)。在所述堆叠的任一端处，可存在空气端板或燃料端板(未展示)，用于分别向端电极提供空气或燃料。如本文中所使用，互连件可指代位于两个燃料电池1之间的互连件，或位于堆叠的一端处且直接邻近于仅一个燃料电池1的端板。图1展示下部SOFC 1位于两个互连件9之间，且上部互连件9位于两个SOFC 1之间。
图2A及2B分别展示现有技术互连件9的俯视图及仰视图。在图1中以侧横截面图展示的互连件9的部分是沿着图2A及2B中的线A-A提供的。互连件9在凸肋10之间含有气流通路或通道8。在此实施例中，互连件9包含用于将燃料提供到SOFC 1的阳极侧的至少一个上升管通道16a，如箭头29所图解说明。上升管通道16a通常包括延伸穿过堆叠中的燃料电池及互连件的至少一个层的燃料入口上升管开口或孔。如图2B中所图解说明，所述燃料可流动通过入口上升管通道16a到每一燃料电池的阳极侧。这样，燃料可收集于入口充气部17a中(例如，互连件的表面中的沟槽)，接着通过形成于互连件9中的气流通道8A流动经过燃料电池阳极3到出口充气部17b，且接着通过单独出口上升管通道16b排出。应注意，凸肋10可以任何配置定位，使得空气及燃料可沿相同方向(共流)或沿相反方向(反流)或彼此成直角(交叉流)或其之间成任何角度来在互连件9的相对侧上流动。
图2A中所图解说明的阴极侧可包含凸肋10之间的气流通路或通道8C，凸肋10将空气流44从入口侧117越过燃料电池的阴极电极引导到出口侧119。升高平坦表面15a、15b可环绕互连件9的阴极侧上的相应上升管通道开口16a、16b。密封材料(例如，玻璃或玻璃陶瓷密封材料，未展示)可位于表面15a、15b上，以便将互连件9的阴极侧密封到燃料电池，以防止燃料到达燃料电池的阴极电极。所述密封可具有圆形或中空圆柱形状，使得上升管通道开口16a、16b延伸穿过相应密封的中空中间部分。如图2B中所展示，升高平坦表面15c可围绕互连件9的阳极侧的外围延伸，外围(例如，窗口)密封(未展示)可位于所述外围上以将互连件的阳极侧密封到燃料电池，以防止空气到达燃料电池的阳极电极。升高平坦表面15d可沿着互连件9的阴极侧的两个相对边缘延伸，如图2A中所展示，条形密封(未展示)可位于所述相对边缘上以将互连件的阴极侧密封到燃料电池。升高表面15d及条形密封可不延伸越过对应于空气流入口117及出口119的阴极侧的边缘。
在图2A及2B中，上升管通道开口16a、16b展示为互连件9中的燃料入口及燃料出口开口。此互连件经配置用于经内部装歧管以用于燃料的燃料电池堆叠，其中燃料通过燃料上升管通道穿行通过所述堆叠，燃料上升管通道是通过穿过经堆叠互连件及燃料电池的配对开口形成。此外，图2A及2B中所展示的互连件9经配置用于经外部装歧管以用于空气的堆叠。然而，可形成穿过所述互连件的额外开口，例如在互连件的左侧及右侧上，以使所述互连件经配置用于经内部装歧管以用于空气的堆叠。
如上文所讨论，端板可位于燃料电池堆叠的任一端上。端板可具有面向邻近燃料电池1的第一侧，所述燃料电池可包含界定燃料场或空气流场的特征(例如，凸肋10之间的气流通路或通道8)。与所述第一侧相对的端板的第二侧可包括缺乏流场界定特征的大体平坦表面。针对经内部装歧管以用于燃料且经外部装歧管以用于空气的燃料电池堆叠，举例来说，每一端部可具有如图2A或图2B中所展示而配置的第一侧(取决于哪一侧面向邻近燃料电池的阴极侧或阳极侧)，及可与邻近燃料电池堆叠、燃料歧管、热箱的内部表面等介接的第二大体平坦侧。
来自界面密封的SPFC堆叠应力的减轻
堆叠到堆叠界面密封用于堆叠调节及热箱操作中，以确保燃料上升管中的燃料不会与环绕堆叠的外围空气混合。此种混合致使可用燃料的燃烧、损失，及不当的堆叠调节，导致堆叠产率损失或最终在热箱内的低效率及低寿命。界面密封会占用体积，且因此端板设计需要容纳所述体积要求。不具有用于所述界面密封的裕度的平坦端板将在升高的燃料电池操作温度下局部变形，此又将应力施加于邻近于端板的电池上，可能导致所述电池产生裂缝及故障。
各种实施例针对有助于减轻由堆叠与界面密封的交互作用所产生的产率损失的设计特征。在第一实施例中，可在燃料端板的窗口密封区中提供凹部(例如，在堆叠的端部处面向最后一电池的阳极/燃料电极的端板)以间接地最小化邻近电池上的应力。在第二实施例中，燃料及/或空气端板(例如，在堆叠的相对端部处面向最后一燃料电池的阴极/空气电极的端板)可具有相对厚的保护涂覆层，其中在界面密封的区域中具有放大的未涂覆区，使得燃料及/或空气端板对界面密封未对准不太敏感，且包含更多空间用于界面密封的体积。在第三实施例中，可在端板的平坦侧上在界面密封的区域中提供凹入部分。可在端板的整个平坦侧(即，无未涂覆区)上面提供保护涂层，且可在凹入部分中在保护涂层上面提供界面密封。此可额外地降低用以移除表面氧化物(例如，氧化铬)层的额外喷砂操作的成本，所述喷砂操作在受控氧化步骤之后且在将互连件/端板放置到堆叠中之前。
图3展示在现有技术燃料电池堆叠的一端处的端板301、保护涂层303及界面密封305的部分横截面。界面密封305可位于端板301的大体平坦侧304上，且可具有圆形或中空圆柱体形状，使得上升管通道开口16a、16b延伸穿过相应密封305的中空中间部分。焊后界面密封305在“烧结”退火期间在其回填及凝固之前可比涂层303厚。如共同拥有的美国公开专利申请案第2013/0216927号(其以引用的方式并入本文中)中所描述，“烧结”包含用于加热、熔化及/或回填玻璃或玻璃-陶瓷密封前体材料以在燃料电池中形成密封的程序，其可在高温下(例如，600℃到1000℃)在空气/惰性气体中执行。“调节”包含用于以下的程序：将阳极电极中的金属氧化物(例如氧化镍)还原为金属陶瓷电极(例如，镍及陶瓷材料，例如稳定氧化锆或经掺杂氧化铈)中的金属，及/或在性能特性化/测试期间加热所述堆叠，且可在高温下(例如，750℃到900℃)在燃料流动通过所述堆叠时执行。燃料电池堆叠的烧结及调节可在同一热循环期间执行(即，在于烧结与调节之间不将堆叠冷却到室温的情况下)。申请人已发现，在烧结及调节程序期间，界面密封305可致使端板301变形(例如，沿着端板301的边缘，接近上升管通道开口16a/16b)，如成角度的虚线所描绘。此变形可为约30微米到40微米。此变形通过端板到电池密封将应力赋予邻近燃料电池上，此可致使端板与堆叠的剩余部分分离，及/或在燃料孔附近的燃料电池上形成裂缝。此可为由燃料孔附近的界面密封所致的局部现象。界面密封相对于未涂覆区的未对准可进一步恶化所述问题。界面密封305的未对准可导致界面密封305的至少一部分位于涂层303的顶部上，此进一步增加端板301的变形及赋予邻近燃料电池及密封上的应力。
在图4A到B中所展示的第一实施例中，燃料电池燃料端板401包含在端板401的燃料侧402上在窗口密封区域415的至少一部分上面的凹入部分406(即，如图2B中所展示围绕端板的面向阳极侧的外围延伸的升高平坦表面15c的区域)。凹入部分406可相对于燃料流场407的顶部表面凹入，所述顶部表面可由形成燃料流通道8A的凸肋10的顶部界定，如图2B中所展示。凹入部分406可凹入类似于变形量的量，例如30微米或更多，举例来说30微米到40微米。凹入部分406可减轻由于堆叠到堆叠界面密封所致的变形对邻近燃料电池电解质上的应力。由于端板及互连件通常以相同冲压几何形状制成，因此可将同一凹部应用于位于堆叠中的两个燃料电池之间的互连件(见图1)以及在堆叠端部处的燃料端板(如图4A中所展示)。位于两个燃料电池之间的互连件上的凹入部分406还可有助于隐藏可出现于互连件的窗口密封区域上(尤其是在燃料孔附近)的形貌变化，从而最小化所述区中的电解质上的高应力风险。
图4A及4B是燃料电池端板401的部分横截面图，其示意性地图解说明由端板的窗口密封区域415上的凹入部分406导致的应力减轻。如图4A及4B中所展示，流场407(例如，燃料流通道及凸肋)及窗口密封区域415位于燃料端板401的燃料侧402上，其面向位于燃料端板401上方的燃料电池堆叠的剩余部分。另一选择为，燃料端板401可被转向180°且位于燃料电池堆叠的顶部处。窗口密封(未展示)可位于窗口密封区域415上围绕流场407的外围，以将端板401密封到邻近燃料电池且阻止燃料与空气混合。端板401的相对(例如，平坦)侧404可面向邻近燃料电池堆叠(例如，另一堆叠的顶部空气端板)或热箱的另一组件，例如共同拥有的美国公开专利申请案第2012/0202130号的图13A中所描述及展示的燃料分布歧管，所述美国公开专利申请案以引用的方式并入本文中。界面密封405可位于端板401的平坦侧404上面围绕燃料入口/出口上升管通道16a/16b的开口。界面密封405可将入口/出口燃料上升管通道16a/16b密封到外部流体导管，所述外部流体导管可为邻近燃料电池堆叠的上升管通道。涂覆层403可包括保护涂层，所述保护涂层可为金属或金属氧化物(例如，锰酸镧锶、锰钴氧化物(MCO)尖晶石等)，其提供于端板401的平坦侧404的除界面密封区域中以外的大部分上面。如上文结合图3所讨论，界面密封405可致使端板401变形(例如，沿着端板401的边缘，接近上升管通道开口16a/16b)，如图4B中的成角度虚线所描绘。然而，由于凹入部分406凹入大体等于端板变形的量的量(例如，30微米到40微米)，因此赋予邻近燃料上的应力可被最小化或消除，此可改进燃料电池堆叠的产率及耐久性。
凹入部分406可至少位于邻近于入口及出口上升管通道开口16a、16b，入口及出口上升管通道开口16a、16b可位于端板401的相对边缘上(见图2B)。此外，尽管图4A到B图解说明燃料电池端板401，但凹入部分406还可位于互连件的窗口密封区域上，所述互连件位于燃料电池堆叠中的两个燃料电池之间(例如，在图2B中所展示的互连件9的燃料侧的平坦升高部分15c上)。
图5到7中展示用于降低燃料电池堆叠应力的第二实施例。图5是端板501的部分横截面图，所述端板在端板501的第一(例如，燃料)侧502上面具有流场区域507及窗口密封区域515，且在端板501的第二(例如，平坦)侧504上面具有界面密封505及保护涂层503。在此实施例中，窗口密封区域515并不相对于流场区域507凹入，但将理解，在其它实施例中，窗口密封区域515可包含如上文所描述的凹入部分。如图5中所展示，此实施例中的保护涂层503的厚度大于常规端板(例如图3中所展示)中的厚度。保护涂层503的厚度可大体等于界面密封505的厚度。在实施例中，涂层503的厚度可与界面密封505的厚度相差不足20％，例如0到10％。
另外，端板501的第二(例如，平坦)侧504可包含环绕界面密封505的经放大未涂覆部分509。图6是图5的端板501的第二(例如，平坦)侧504的俯视图，其中为清晰起见而移除界面密封505。在图5中以侧横截面展示的端板501的部分是沿着图6中的线B-B提供。图7是现有技术燃料电池端板的平坦侧304的俯视图，例如图3中所展示的端板301。如图7中所展示，现有技术端板301中的保护涂层303延伸于端板301的实质上整个表面上面，但环绕界面密封305所定位的燃料孔16a、16b的小圆形部分309除外。然而，如上文所讨论，界面密封305的相对小的未对准可导致界面密封305的至少一部分位于涂层303的顶部上，此可导致端板301的变形及燃料电池堆叠中的应力增加。
在图5及6的实施例中，未涂覆区509的大小相对于图7中所展示的现有技术设计而增加。另外，未涂覆区509的形状可经修改使得未涂覆区509的外围可包含沿着端板501的外边缘的大体笔直部分601，及面向端板501的中间的弯曲部分603(例如，半椭圆形或半圆形部分)，如图6中所展示。在实施例中，未涂覆区509可如字母“D”来成形。
较厚的保护涂层503及经放大未涂覆部分509可允许界面密封具有更多空间，为界面密封未对准提供较多容限，且可降低或消除界面密封所致的端板变形。这些设计特征还可帮助降低界面密封所致的堆叠曲度(即，翘曲)。此可允许在热箱型柱装配及操作期间的降低的复杂度及更好的可靠性。
较厚的保护涂层503及/或经放大未涂覆部分509可用于燃料电池堆叠的燃料侧端板的平坦侧504(例如，其中端板的“非平坦”侧502界定燃料流场处，例如图2B中所展示)、空气侧端板的平坦侧504(例如，其中“非平坦”侧502界定空气流场处，例如图2A中所展示)或燃料侧及空气侧端板两者的平坦侧504上。
在另一实施例中，凹入部分806可提供于端板801的第二(例如，平坦)侧804上，且界面密封805可提供于端板801的第二侧804上在凹入部分806上面，如图8的部分横截面图中所展示。可利用较厚的保护涂层803，如上文结合图5及6所描述。然而，在图8中所展示的实施例中，保护涂层803可延伸于端板801的整个表面上，包含凹入部分806。界面密封805可提供于保护涂层803上面在凹入部分806中。凹入部分806的大小及/或形状可类似于图5到6中所展示的经放大未涂覆部分509的大小及形状。举例来说，凹入部分806的外围可包含沿着端板801的外边缘的大体笔直部分808，及面向端板401的中间的弯曲部分809(例如，半椭圆形或半圆形部分)，对应于图6中所展示的“D”形图案。
在端板801的平坦侧804上提供凹入部分806可消除提供端板的未涂覆区所需要的额外处理，此可降低端板的成本。另外，与控制保护涂层的厚度及/或覆盖区域相比，在粉末冶金压实期间形成的凹部或穴部的深度可为更可重复的且更易于控制的。此设计特征还可帮助降低由界面密封所致的堆叠曲度。此可允许在热箱型柱装配及操作期间的降低的复杂度及更好的可靠性。
在图8中所展示的实施例中窗口密封区域815并不相对于流场区域807凹入，但将理解，在其它实施例中，窗口密封区域815可包含如上文所描述的凹入部分。
额外改进以减轻燃料电池应力
由于SOFC的电解质通常为薄且脆性的陶瓷，因此其易受由介接互连件(IC)中的形貌变化引起的弯曲所致的裂缝伤害。进一步地，假设互连件的大量制造可导致互连件形貌的一些变化，因此利用最小化对互连件形貌变化的敏感度的互连件设计是有利的。
如上文所讨论，可通过在燃料端板的窗口密封区域中提供凹入部分来降低燃料电池堆叠中的应力，其中所述凹入部分位于至少邻近于所述燃料入口及出口上升管通道开口处。然而，当所述凹入部分仅在接近于燃料上升管通道开口的窗口密封区域的局部时(即，在窗口密封区域中别处不存在凹入部分)，仍可将应力赋予邻近的燃料电池及密封。图9A是燃料端板901的燃料(即，非平坦)侧的俯视图，且图9B是邻近互连件9的空气(即，面向阴极)侧的俯视图。图10A是燃料电池堆叠900的一端的分解横截面图，包含沿着图9A到B中的线D-D截取的燃料端板901、燃料电池1及互连件9。图10B是沿着图9A到B中的线E-E截取的燃料电池的部分分解透视图。图10A到B图解说明燃料电池堆叠900的仅一部分(其中燃料端板在堆叠的顶部处)。典型燃料电池堆叠900包含交替地安置于第一(例如，燃料)端板与第二(例如，空气)端板之间的多个燃料电池1及互连件9，所述第二端板在此实施例中将位于堆叠的底部处。如此实施例中所图解说明，燃料端板901包含在窗口密封区域15c中的凹入部分906，所述凹入部分仅在接近于燃料上升管入口开口16a的区域的局部(即，在窗口密封区域15c的中间部分908中，如图9A及10A中所展示)。然而，在端板901的外拐角910处，窗口密封区域15c并不相对于燃料流场907凹入，如图10A到B中所展示。此配置可导致将不当的应力置于邻近燃料电池1上，从而引起所述电池围绕y轴弯曲且进入到凹入部分906中。另外，邻近互连件9的空气或面向阴极侧包含升高平坦表面15a、15b，其环绕密封可位于其上的相应上升管通道开口16a、16b。这些平坦升高表面15a、15b凸出稍微高于空气流场917的高度(如图10A到B中示意性地展示)并非罕见的。当装配堆叠900时，这些平坦升高表面15a、15b可突出到端板901的凹入部分906中，此可恶化燃料电池围绕y轴的弯曲，且可额外地引起电池围绕x轴弯曲。燃料电池1沿两个轴的此复合弯曲(图11中示意性地图解说明)可显著地增加电池中的应力，从而增加故障率且降低堆叠产量。
因此，在邻近于燃料上升管通道开口16a、16b的窗口密封区域15c的至少整个边缘上面提供燃料端板的均匀凹入部分906可为有利的。在实施例中，窗口密封区域15c可在端板901的整个周界上面相对于流场907凹入。窗口密封区域15c可相对于流场907凹入至少约30微米，例如30微米到40微米，此大体在窗口密封区域15c的形貌变化内。另外，由于燃料电池的上述复合弯曲可源于燃料端板与邻近互连件的阴极侧两者的形貌特征之间的交互作用，因此确保环绕互连件的阴极侧上的上升管通道开口的平坦升高表面15a、15b不延伸于空气流场特征上方(即，不从其凸显)可为有利的。因此，在实施例中，平坦升高表面15a、15b可相对于流场917凹入。由于平坦升高表面15a、15b的批次间变化通常为+/-20μm，因此，当其标称地比流场917的高度低至少约20微米(例如，低20微米到30微米)时通过设计引入此凹部可能是最优的。
图12A中展示具有均匀凹入部分1206的燃料端板1201的实施例，且在图12B中展示具有相对于空气流场917的凹入表面1215a、1215b的互连件1209的实施例。图13A是燃料电池堆叠1200的一端的分解横截面图，其包含沿着图12A到B中的线F-F截取的燃料端板1201、燃料电池1及互连件1209。图13B是沿着图12A到B中的线G-G截取的燃料电池的部分分解横截面图。如在图13A中可见，窗口密封区域15c的凹入部分1206沿着邻近于端板1201的上升管开口16a、16b的至少两个完整边缘延伸，包含端板1201的中间部分1208及边缘部分1210。凹入部分1206可为围绕端板1201的整个周界实质上均匀的。另外，平坦升高部分1215a、1215b可在互连件1209的阴极侧上相对于空气流场917凹入(例如，1215a、1215b的顶部表面低于凸肋的顶部表面)，如图13A到B中最好地图解说明。
可通过任何数目个方法来在互连件及端板制造程序中控制这些特征，所述方法包含压实工具改变、粉末填充优化及额外压实步骤。除端板1201外，还可在互连件1209的燃料(即，面向阳极)侧上提供大体均匀的凹入部分1206。
具有用于反应剂的外部及内部歧管的SOFC上的对称密封负载
经内部装歧管以用于反应剂(例如，燃料及空气)的燃料电池堆叠通常包含围绕电池的周界在电池与互连件之间的密封。然而，经外部装歧管以用于反应剂的燃料电池需要在燃料电池与互连件之间的并未密封电池及互连件处的入口及出口。对于特征为用于一种反应剂的内部歧管及用于另一反应剂的外部歧管的燃料电池堆叠来说，在电池上存在不对称密封负载。举例来说，如上文结合图2A到B所描述，互连件9的燃料(即，面向阳极)侧可经由围绕互连件9的周界延伸的窗口密封而密封到邻近燃料电池(见图2B)，而互连件9的空气(即，面向阴极)侧沿着互连件的两个侧使用条形密封而密封到电池，同时其它侧并未密封以准许空气进入及排出所述电池(见图2A)。此不对称密封负载可增加电池中的应力。各种所揭示实施例可通过在经外部装歧管的燃料电池的入口及出口区中提供间断的周界密封而解决不对称密封负载的问题。
在电池两侧上具有密封给电池提供了平衡力，此为优选的。在图2A到B中所图解说明的现有技术互连件9中，在空气入口117及空气出口119的区处，在燃料侧上存在密封(即，在平坦升高部分15c上的窗口密封)，但在空气侧上无密封，其中围绕燃料孔的密封除外(即，在升高部分15a、15b上的圆形或圈饼式密封)。申请人已发现，此不对称可引起在不对称密封负载区中的弯曲及围绕燃料孔的高应力，此通常导致电池裂缝及低的堆叠制造产率。
图14中图解说明在阴极入口及出口上具有间断密封支撑的互连件1409的实施例。在阴极入口及出口处的间断密封支撑可降低应力及弯曲，同时仍允许空气进入及排出电池的通路。如图14中所展示，互连件1409的阴极侧可包含在阴极入口1417及出口1419处的离散、隆起的密封支撑表面(即，“岛”)1403。岛1403可包括在互连件1409的流场1418特征(例如，凸肋1421及通道1423)的粉末冶金形成期间形成的金属合金(例如，铬-铁)互连件的抬高部分。岛1403之间的间隙1405允许空气流动到阴极入口1417中，穿过由凸肋1421及通道1423界定的流场1418且穿过出口1419离开。如图14中所展示，每一岛1403的宽度可显著地大于流场中的凸肋1421的宽度(例如，大于凸肋1421的宽度至少约2倍，例如大于2倍到5倍)。相对较宽的支撑岛1403可提供足够的表面区域以促进有效密封到邻近燃料电池。在实施例中，每一岛1405之间的间隙1405还可宽于流场1418的通道1423的宽度(例如，宽于通道1423的宽度至少约两倍，例如2倍到5倍)，以达成空气进入到流场1418中及离开流场1418的自由流动。岛1403可与凸肋1421分离(例如，间隙1425位于凸肋1421的端部与邻近岛1403之间)，及/或可与一或多个凸肋1421相连(例如，凸肋1421的端部接触邻近岛1403，使得界定凸肋1421的抬高部分接近互连件1409的入口1417或出口1419边缘在宽度上“展开”以界定岛1403)。如图14中所展示，举例来说，第一群组凸肋1426与岛1403分离，从而界定凸肋1426的端部与邻近岛1403之间的间隙1425，且第二群组的凸肋1427与岛1403相连。在图14中，每第三个凸肋1427与岛1403相连。在各种实施例中，每第二个凸肋到每第五个凸肋可沿着互连件1409的边缘14A、14B的至少一部分与岛1403相连。
具有间断支撑岛1403的互连件可促进邻近燃料电池上的对称负载，从而降低燃料电池处的应力且改进堆叠制造产率。在实施例中，可在互连件1409的阴极侧上面提供保护层(例如，MCO、LSM)。在实施例中，所述保护层可不延伸到含有岛1403的互连件1409的边缘14A、14B(例如，岛1403并不涂覆有保护层)。密封材料(例如，玻璃或玻璃陶瓷密封材料)可选择性地沉积于岛1403的隆起表面上，例如经由丝网印刷技术。图15A是互连件1409的空气(即，面向阴极)侧的部分透视图，所述互连件具有沿着接近燃料上升管通道开口16a的互连件1409的边缘14A的支撑岛1403。密封材料1503(例如，玻璃或玻璃陶瓷密封)展示于岛1503的隆起表面上。条形密封1505展示为沿着互连件1409的抬高边缘14D延伸，且大体圆形或中空圆柱体密封1507展示为在环绕燃料上升管通道开口16a的隆起升高表面15a上。大体圆形密封还可提供于环绕燃料上升管通道开口16b的隆起升高表面15b上(未展示)。
经改进密封配置
由于互连件及燃料电池堆叠配置的本质，在互连件的阴极侧上围绕燃料入口及出口上升管通道开口分配的大体圆形密封可导致在堆叠烧结及调节期间的过量局部应力。各种实施例包含可降低围绕电解质的上升管通道开口的高应力的密封配置。另外，组合所述新颖密封配置与如上文所描述的间断的周界密封，可甚至进一步降低燃料上升管开口应力，因此减轻/消除电解质中的裂缝。
图15A到B图解说明互连件1409的阴极侧上的密封配置的一个实例。如上文所讨论，大体圆形或中空圆柱体密封1507(例如，塑形有圆形外径及圆形内开口的圈饼)位于环绕燃料上升管通道开口16a的隆起升高表面15a上。图15B是环绕上升管通道开口16a的区域的放大俯视图，其展示在隆起升高表面15a上的大体圆形密封1507。
申请人已发现，图15A到B的圆形密封配置可导致燃料电池堆叠中的过量局部应力。此可为燃料电池的阳极侧上的大体笔直窗口密封与燃料电池的阴极侧上的圆形密封之间的不对称密封负载的结果。图16A到B图解说明其中密封具有非圆形或非圆柱体形状的密封配置的实施例。此实施例中的互连件1409与图15A到B中所展示的互连件相同，除了围绕燃料上升管通道开口16a的密封1601具有不同配置(如图16B的放大俯视图中最好地图解说明)的情况。在此实施例中，环绕上升管通道开口16a的密封包含大体笔直区段1607及弯曲区段1605，而非图15A到B的大体圆形密封1507。大体笔直区段1607在面向互连件的邻近上升管通道开口16a的边缘1602的上升管通道开口16a的侧上(即，其位于上升管通道开口16a与边缘1602之间)，且弯曲区段1605在面向互连件的中间的上升管通道开口16a的侧上(即，远离互连件1409的边缘1602)，如图16B中所展示。大体笔直区段1607可由密封1601的外围的大体笔直部分1603及所述密封的内部开口的大体笔直部分1604界定。在特定实施例中，密封1601可具有大体对应于字母“D”的形状，如图16B中所展示。笔直区段1607可大体平行于互连件1409的边缘1602延伸。在实施例中，笔直区段1607可与燃料电池的阳极侧上的窗口密封的位置重叠或重合(例如，见图2B)。在实施例中，密封1601的形状可大体符合环绕上升管通道开口16a的互连件1409的升高平坦部分15a的形状，如图16B中所展示，此还可包含沿着互连件1409的边缘1602延伸的大体笔直边缘及面向互连件1409的中间的弯曲边缘。抬高的间断支撑岛1403还可包含类似形状，具有沿着互连件1409的边缘延伸的大体笔直边缘及面向互连件1409的中间的弯曲边缘。
申请人已发现，与如图15A到B中所展示的常规圆形密封设计相比，如图16A到B中所展示的密封配置可对电解质、尤其是围绕燃料开口提供显著较低的应力。在堆叠烧结期间(例如，如上文所描述，密封的熔化及回填还称为“密封压挤”)电解质燃料开口应力的有限元素分析(FEA)模拟已展示，借助例如图16A到B中所展示的实施例密封配置(即，“D形密封”)，将密封压挤扩展于较大区域上，借此相对于具有大体圆形密封的可比实例降低区域曲率及围绕燃料孔的高应力。在一个模拟中，相对于具有大体圆形密封的可比实例，所述实施例(即，“D形密封”)配置的最大应力降低超过30％。相对于不具有支撑岛且具有大体圆形密封的可比实例，通过除“D形”密封外还添加支撑岛，例如图14中所展示，最大应力降低超过34％。密封压挤及后调节应力分析两者的FEA模拟展示使用实施例密封配置围绕电解质燃料孔的显著应力降低。
尽管上文在各种实施例中描述固态氧化物燃料电池互连件、端板及电解质，但实施例可包含任何其它燃料电池互连件或端板，例如熔融碳酸盐、磷酸或PEM燃料电池互连件或端板，或不与燃料电池系统相关联的任何其它形状的金属或金属合金或经压实金属粉末或陶瓷物件。
前述方法说明仅提供为说明性实例且并非打算需要或暗示各种实施例的步骤必须以所呈现次序执行。如所属领域的技术人员将了解，可以任一次序执行前述实施例中的步骤的次序。例如“此后”、“接着”、“接下来”等字词未必打算限制步骤的次序；这些字词可用于指导读者理解对方法的说明。进一步地，以单数形式对权利要求要素的任何提及(举例来说，使用冠词“一(a)”、“一(an)”或“所述(the)”)不应理解为将要素限制于单数。
进一步地，本文中所描述的任何实施例的任何步骤或组件可用于任何其它实施例中。
前文对所揭示方面的说明经提供以使任一所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。所属领域的技术人员将易于明了对这些方面的各种修改，且本文中所界定的通用原理可应用于其它方面，此并不背离本发明的范围。因此，并非打算将本发明限于本文中所展示的所述方面，而欲赋予其与本文中所揭示的原理及新颖特征相一致的最宽广范围。

Claims (72)

1.一种用于燃料电池堆叠的互连件，其包括：
第一侧，其包括界定流场的隆起特征；
第二侧，其与所述第一侧相对；及
开口，其用于反应剂，延伸穿过所述互连件，
其中所述互连件包括以下各项中的至少一者：
(a)所述第一侧包括用于接纳围绕所述流场的外围延伸的窗口密封的升高部分，且所述升高部分的至少一部分的高度至少在接近于所述开口处相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入；
(b)所述互连件包括具有位于所述第二侧上且环绕所述开口的界面密封的端板，且所述第二侧包括在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中所述保护涂层的厚度与所述界面密封的厚度相差不足20％；
(c)所述互连件包括具有位于所述第二侧上且环绕所述开口的界面密封的端板，且所述第二侧包括在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中所述界面密封位于所述第二侧的未涂覆部分上，且所述未涂覆部分的外围包含沿着所述端板的外边缘延伸的大体笔直部分及面向所述端板的中间的弯曲部分；
(d)所述互连件包括具有位于所述第二侧上且环绕所述开口的界面密封的端板，且所述第二侧包括在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，且其中所述界面密封位于所述第二侧中的凹入部分上且在所述保护涂层上面；或
(e)所述第一侧包括环绕所述开口的平坦升高表面，且所述升高表面的高度相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入。
2.根据权利要求1所述的互连件，其中所述第一侧包括用于接纳围绕所述流场的外围延伸的窗口密封的升高部分，且所述升高部分的至少一部分的高度至少在接近于所述开口处相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入。
3.根据权利要求2所述的互连件，其中所述互连件为端板。
4.根据权利要求2所述的互连件，其中所述互连件界定所述第一侧上的燃料流场及所述第二侧上的空气流场。
5.根据权利要求2所述的互连件，其中所述凹入部分相对于界定所述流场的所述隆起特征的所述高度凹入30微米到40微米。
6.根据权利要求2所述的互连件，其中所述凹入部分至少延伸所述端板的接近于所述开口的边缘的长度。
7.根据权利要求6所述的互连件，其中所述凹入部分围绕所述流场的所述整个外围延伸。
8.根据权利要求1所述的互连件，其中所述互连件包括具有位于所述第二侧上且环绕所述开口的所述界面密封的所述端板，且所述第二侧包括在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，及以下各项中的至少一者：
所述保护涂层的厚度与所述界面密封的厚度相差不足20％；
所述界面密封位于所述第二侧的未涂覆部分上，且所述未涂覆部分的所述外围包含沿着所述端板的外边缘延伸的大体笔直部分及面向所述端板的所述中间的弯曲部分；或
所述界面密封位于所述第二侧的凹入部分上且在所述保护涂层上面。
9.根据权利要求8所述的互连件，其中所述保护涂层包括锰酸镧锶LSM及锰钴氧化物MCO中的至少一者。
10.根据权利要求1所述的互连件，所述第一侧包括环绕所述开口的所述平坦升高表面，且所述升高表面的所述高度相对于界定所述流场的所述隆起特征的所述高度凹入。
11.根据权利要求10所述的互连件，其中所述互连件为端板。
12.根据权利要求10所述的互连件，其中所述互连件界定所述第一侧上的空气流场及所述第二侧上的燃料流场。
13.根据权利要求10所述的互连件，其中所述升高表面相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入20微米到30微米。
14.根据权利要求1所述的互连件，其中所述开口包括入口开口，且所述互连件进一步包括延伸穿过所述互连件的出口开口，其中所述互连件包括以下各项中的至少一者：
(a)所述第一侧包括用于接纳围绕所述流场的外围延伸的窗口密封的升高部分，且所述升高部分的至少一部分的高度至少在接近于所述入口开口及所述出口开口处相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入；
(b)所述互连件包括端板，所述端板具有位于所述第二侧上且环绕所述入口开口的第一界面密封及位于所述第二侧上且环绕所述出口开口的第二界面密封，且所述第二侧包括在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中所述保护涂层的厚度与所述第一界面密封及所述第二界面密封的厚度相差不足20％；
(c)所述互连件包括端板，所述端板具有位于所述第二侧上且环绕所述入口开口的第一界面密封及位于所述第二侧上且环绕所述出口开口的第二界面密封，且所述第二侧包括在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中所述第一界面密封及所述第二界面密封位于所述第二侧的未涂覆部分上，且所述未涂覆部分中的每一者的外围包含沿着所述端板的外边缘延伸的大体笔直部分及面向所述端板的中间的弯曲部分；
(d)所述互连件包括端板，所述端板具有位于所述第二侧上且环绕所述入口开口的第一界面密封及位于所述第二侧上且环绕所述出口开口的第二界面密封，且所述第二侧包括在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，且其中所述第一界面密封及所述第二界面密封各自位于所述第二侧的凹入部分中且在所述保护涂层上面；或
(e)所述第一侧包括环绕所述入口开口及所述出口开口的平坦升高表面，且所述升高表面的高度相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入。
15.根据权利要求1所述的互连件，其中所述互连件进一步包括：
多个隆起表面，其在所述第一侧上，位于所述互连件的边缘与所述流场之间，所述隆起表面经间断地间隔开以允许所述反应剂在所述隆起表面之间流动。
16.根据权利要求1所述的互连件，其中所述互连件进一步包括：
升高表面，其在所述第一侧上，环绕所述开口；及
密封，其在所述升高表面上且环绕所述开口，其中所述密封包括面向接近所述开口的所述互连件的边缘的大体笔直区段及面向所述互连件的中间的弯曲区段。
17.一种制作用于燃料电池堆叠的互连件的方法，其包括：
在所述互连件的第一侧上形成隆起特征以界定流场；及
在所述第一侧与和所述第一侧相对的第二侧之间形成穿过所述互连件的开口，其中所述方法进一步包括以下各项中的至少一者：
(a)在所述第一侧上形成用于接纳围绕所述流场的外围的窗口密封的升高部分，使得所述升高部分至少在接近于所述开口处的高度相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入；
(b)提供在所述第二侧上环绕所述开口的界面密封及在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中所述保护涂层的厚度与所述界面密封的厚度相差不足20％；
(c)提供在所述第二侧上环绕所述开口的界面密封及在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中所述界面密封提供于所述第二侧的未涂覆部分上，且所述未涂覆部分的外围包含沿着所述互连件的外边缘延伸的大体笔直部分及面向所述互连件的中间的弯曲部分；
(d)提供在所述第二侧上环绕所述开口的界面密封及在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中所述界面密封提供于所述第二侧的凹入部分上且在所述保护涂层上面；或
(e)在所述第一侧上形成环绕所述开口的平坦升高表面，使得所述升高表面的高度相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入。
18.根据权利要求17所述的方法，其包括在所述第一侧上形成用于接纳围绕所述流场的外围的窗口密封的升高部分，使得所述升高部分至少在接近于所述开口处的高度相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述互连件为端板。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一侧上的所述隆起特征界定燃料流场，且所述方法进一步包括在所述互连件的所述第二侧上形成隆起特征以界定空气流场。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一侧上的所述升高部分经形成使得所述凹入部分相对于界定所述流场的所述隆起特征的所述高度凹入30微米到40微米。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一侧上的所述升高部分经形成使得所述凹入部分至少延伸所述端板的接近于所述开口的边缘的长度。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一侧上的所述升高部分经形成使得所述凹入部分围绕所述流场的所述整个外围延伸。
24.根据权利要求17所述的方法，其包括提供在所述第二侧上环绕所述开口的界面密封及在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中以下各项中的至少一者：
所述保护涂层的厚度与所述界面密封的厚度相差不足20％；
所述界面密封提供于所述第二侧的未涂覆部分上，且所述未涂覆部分的外围包含沿着所述互连件的外边缘延伸的大体笔直部分及面向所述互连件的所述中间的弯曲部分；或
所述界面密封提供于所述第二侧中的凹入部分上且在所述保护涂层上面。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述保护涂层包括锰酸镧锶LSM及锰钴氧化物MCO中的至少一者。
26.根据权利要求17所述的方法，其包括在所述第一侧上形成环绕所述开口的平坦升高表面，使得所述升高表面的高度相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述互连件为端板。
28.根据权利要求26所述的方法，其中所述互连件界定所述第一侧上的空气流场及所述第二侧上的燃料流场。
29.根据权利要求26所述的方法，其中所述平坦升高表面经形成使得所述平坦升高表面相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入20微米到30微米。
30.根据权利要求17所述的方法，其中形成所述开口包括形成入口开口，所述方法进一步包括形成延伸穿过所述互连件的出口开口，及以下各项中的至少一者：
(a)在所述第一侧上形成用于接纳围绕所述流场的外围的窗口密封的升高部分，使得所述升高部分至少在接近于所述入口开口及所述出口开口处的高度相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入；
(b)提供在所述第二侧上环绕所述入口开口的第一界面密封、在所述第二侧上环绕所述出口开口的第二界面密封，及在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中所述保护涂层的厚度与所述第一界面密封及所述第二界面密封的厚度相差不足20％；
(c)提供在所述第二侧上环绕所述入口开口的第一界面界面密封、在所述第二侧上环绕所述出口开口的第二界面密封，及在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中所述第一界面密封及所述第二界面密封提供于所述第二侧的未涂覆部分上，且所述未涂覆部分中的每一者的外围包含沿着所述端板的外边缘延伸的大体笔直部分及面向所述互连件的所述中间的弯曲部分；
(d)提供在所述第二侧上环绕所述入口开口的第一界面界面密封、在所述第二侧上环绕所述出口开口的第二界面密封，及在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中所述第一界面密封及所述第二界面密封各自提供于所述第二侧中的凹入部分上且在所述保护涂层上面；或
(e)在所述第一侧上形成环绕所述入口开口及所述出口开口的平坦升高表面，使得所述升高表面的高度相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入。
31.根据权利要求17所述的方法，其中使用粉末冶金来制作所述互连件。
32.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括：
将所述互连件并入到固态氧化物燃料电池堆叠中。
33.一种用于燃料电池堆叠的互连件，其包括：
多个凸肋及通道，其在所述互连件的第一主表面上，界定用于反应剂的流场；及
多个隆起表面，其在所述第一主表面上，位于所述互连件的边缘与所述流场之间，所述隆起表面经间断地间隔开以允许所述反应剂在所述隆起表面之间流动。
34.根据权利要求33所述的互连件，其进一步包括：
密封材料，其位于所述隆起表面上以将所述互连件密封到燃料电池。
35.根据权利要求33所述的互连件，其中所述第一主表面上的第一多个隆起表面位于所述互连件的第一边缘与所述流场之间，且所述第一主表面上的第二多个隆起表面位于所述互连件的第二边缘与所述流场之间，其中所述第一边缘界定用于所述反应剂的入口且所述第二边缘界定用于所述反应剂的出口。
36.根据权利要求35所述的互连件，其进一步包括在所述第一主表面上的连续隆起表面，所述连续隆起表面位于所述流场与所述互连件的相应第三边缘及第四边缘之间以用于将所述互连件密封到燃料电池。
37.根据权利要求35所述的互连件，其中所述反应剂为第一反应剂，且所述燃料电池堆叠经外部装歧管以用于所述第一反应剂，且经外部装歧管以用于第二反应剂。
38.根据权利要求37所述的互连件，其中所述第一反应剂包括空气且所述第二反应剂包括燃料。
39.根据权利要求37所述的互连件，其进一步包括延伸穿过所述互连件的用于所述第二反应剂的入口开口及出口开口。
40.根据权利要求39所述的互连件，其进一步包括在所述互连件的所述第一主表面上的升高表面上环绕所述入口开口及所述出口开口的密封，用于将所述入口开口及所述出口开口密封到燃料电池且防止所述第一反应剂与所述第二反应剂混合。
41.根据权利要求33所述的互连件，其进一步包括在所述互连件的所述第一主表面上面的保护涂层，其中所述保护涂层并不在所述多个隆起表面上面延伸。
42.根据权利要求33所述的互连件，其中所述隆起表面中的每一者具有为所述凸肋的宽度尺寸的至少两倍大的宽度尺寸。
43.根据权利要求33所述的互连件，其中所述隆起表面界定所述隆起表面之间的间隙，且所述间隙的宽度尺寸为所述通道的宽度尺寸的至少两倍大。
44.根据权利要求33所述的互连件，其中所述隆起表面中的每一者包含周界，所述周界具有沿着所述互连件的所述边缘延伸的笔直区段及面向所述互连件的中间的弯曲部分。
45.根据权利要求33所述的互连件，其中第一多个所述凸肋并不延伸到所述多个所述隆起表面中的任一者，且第二多个凸肋与所述多个隆起表面中的相应者相连，且沿着所述互连件的至少一部分在每第二个与每第五个凸肋之间与所述多个隆起表面中的相应者相连。
46.一种制作用于燃料电池堆叠的互连件的方法，其包括：
在所述互连件的第一主表面上形成多个凸肋及通道以界定用于反应剂的流场；及
在所述第一主表面上在所述互连件的边缘与所述流场之间形成多个隆起表面，使得所述隆起表面经间断地间隔开以允许所述反应剂在所述隆起表面之间流动。
47.根据权利要求46所述的方法，其进一步包括：
在所述隆起表面上提供密封材料以将所述互连件密封到燃料电池。
48.根据权利要求46所述的方法，其中形成所述多个隆起表面包括形成在所述第一主表面上在所述互连件的第一边缘与所述流场之间的第一多个隆起表面，及在所述第一主表面上在所述互连件的第二边缘与所述流场之间的第二多个隆起表面，其中所述第一边缘界定用于所述反应剂的入口且所述第二边缘界定用于所述反应剂的出口。
49.根据权利要求48所述的方法，其进一步包括在所述第一主表面上在所述流场与所述互连件的相应第三边缘及第四边缘之间形成连续隆起表面用于将所述互连件密封到燃料电池。
50.根据权利要求49所述的方法，其中所述反应剂为第一反应剂，且所述燃料电池堆叠经外部装歧管以用于所述第一反应剂，且经外部装歧管以用于第二反应剂。
51.根据权利要求50所述的方法，其中所述第一反应剂包括空气且所述第二反应剂包括燃料。
52.根据权利要求50所述的方法，其进一步包括穿过所述互连件形成用于所述第二反应剂的入口开口及出口开口。
53.根据权利要求52所述的方法，其进一步包括形成在所述第一主表面上环绕所述入口开口及所述出口开口的升高表面，及用于将所述入口开口及所述出口开口密封到燃料电池且防止所述第一反应剂与所述第二反应剂混合的密封。
54.根据权利要求46所述的方法，其进一步包括提供在所述互连件的所述第一主表面上面的保护涂层，其中所述保护涂层并不在所述多个隆起表面上面延伸。
55.根据权利要求46所述的方法，其中所述隆起表面中的每一者具有为所述凸肋的宽度尺寸的至少两倍大的宽度尺寸。
56.根据权利要求46所述的方法，其中所述隆起表面界定所述隆起表面之间的间隙，且所述间隙的宽度尺寸为所述通道的宽度尺寸的至少两倍大。
57.根据权利要求46所述的方法，其中所述隆起表面中的每一者包含周界，所述周界具有沿着所述互连件的所述边缘延伸的笔直区段及面向所述互连件的中间的弯曲部分。
58.根据权利要求46所述的方法，其中使用粉末冶金形成所述互连件。
59.根据权利要求46所述的方法，其进一步包括将所述互连件并入到固态氧化物燃料电池堆叠中。
60.根据权利要求46所述的方法，其中第一多个所述凸肋并不延伸到所述多个所述隆起表面中的任一者，且第二多个凸肋与所述多个隆起表面中的相应者相连，且沿着所述互连件的至少一部分在每第二个与每第五个凸肋之间与所述多个隆起表面中的相应者相连。
61.一种用于燃料电池堆叠的互连件，其包括：
多个凸肋及通道，其在所述互连件的第一主表面上，界定用于第一反应剂的流场；
开口，其延伸穿过所述互连件，用于第二反应剂；
升高表面，其在所述互连件的所述第一主表面上，环绕所述开口；及
密封，其在所述升高表面上且环绕所述开口，其中所述密封包括面向所述互连件的边缘的大体笔直区段及面向所述互连件的中间的弯曲区段，其中所述大体笔直区段由所述密封的外围的大体笔直部分及所述密封的内部开口的大体笔直部分界定。
62.根据权利要求61所述的互连件，其中所述开口包括用于所述第二反应剂的入口开口，所述互连件进一步包括：
出口开口，其用于所述第二反应剂，延伸穿过所述互连件；
额外升高表面，其环绕所述出口开口；及
额外密封，其在所述额外升高表面上且环绕所述出口开口，其中所述额外密封包括面向所述互连件的边缘的大体笔直区段及面向所述互连件的所述中间的弯曲区段，其中所述大体笔直区段由所述额外密封的外围的大体笔直部分及所述额外密封的内部开口的大体笔直部分界定。
63.根据权利要求61所述的互连件，其中所述大体笔直区段平行于且邻近于所述互连件的所述边缘延伸。
64.根据权利要求61所述的互连件，其中所述大体笔直区段与所述互连件的第二主表面上的窗口密封的位置重叠或重合。
65.根据权利要求61所述的互连件，其中所述密封包括玻璃及玻璃陶瓷材料中的至少一者。
66.根据权利要求61所述的互连件，其进一步包括：
多个隆起表面，其在所述第一主表面上，位于所述互连件的所述边缘与所述流场之间，且经间断地间隔开以提供所述隆起表面之间的间隙；及
密封材料，其在所述隆起表面上。
67.一种制作用于燃料电池堆叠的互连件的方法，其包括：
在所述互连件的第一主表面上形成多个凸肋及通道以界定用于第一反应剂的流场；
形成延伸穿过所述互连件的用于第二反应剂的开口；
形成在所述互连件的所述第一主表面上环绕所述开口的升高表面；及
提供在所述升高表面上且环绕所述开口的密封，其中所述密封包括面向所述互连件的边缘的大体笔直区段及面向所述互连件的中间的弯曲区段，其中所述大体笔直区段由所述密封的外围的大体笔直部分及所述密封的内部开口的大体笔直部分界定。
68.根据权利要求67所述的方法，其中所述形成所述开口包括形成用于所述第二反应剂的入口开口，所述方法进一步包括：
形成延伸穿过所述互连件的用于所述第二反应剂的出口开口；
形成环绕所述出口开口的额外升高表面；及
提供在所述额外升高表面上且环绕所述出口开口的额外密封，其中所述额外密封包括面向所述互连件的边缘的大体笔直区段及面向所述互连件的所述中间的弯曲区段，其中所述大体笔直区段由所述额外密封的外围的大体笔直部分及所述额外密封的内部开口的大体笔直部分界定。
69.根据权利要求67所述的方法，其中所述大体笔直区段平行于且邻近于所述互连件的所述边缘延伸。
70.根据权利要求67所述的方法，其中所述大体笔直区段与所述互连件的第二主表面上的窗口密封的位置重叠或重合。
71.根据权利要求67所述的方法，其中所述密封包括玻璃及玻璃陶瓷材料中的至少一者。
72.根据权利要求67所述的方法，其进一步包括：
在所述第一主表面上形成多个隆起表面，其位于所述互连件的所述边缘与所述流场之间且经间断地间隔开以提供所述隆起表面之间的间隙；及
在所述隆起表面上提供密封材料。
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