CN106410251A - 一种可拆换式板状电池串联电池堆结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可拆换式板状电池串联电池堆结构，包括保温保压外壳、单电池集成单元、燃料气体分配单元、氧化气体分配单元、导电单元和电池紧固装置；单电池集成单元由至少两个单电池和金属网过紧固单元串联集成；单电池1‑2‑1)依次叠加放置，彼此之间仅通过金属网进行物理接触；单电池集成单元设置于保温保压外壳内；单电池集成单元的正负极通过导电单元引出保温保压外壳；燃料气体分配单元和氧化气体分配单元用于向单电池集成单元提供燃料气体和氧化气体。本发明兼顾单电池的可拆换性和电池的密封性能，有效解决了现有技术中电池受压不均、电池约束应力较大、电池堆维修困难等问题。该电池堆结构的设计思路也适用于固体氧化物电解池堆结构。

Description

一种可拆换式板状电池串联电池堆结构
技术领域
本发明涉及能源生产技术领域，特别涉及一种可拆换式板状电池串联电池堆结构。
背景技术
燃料电池是把反应物的化学能直接转化为电能的电化学装置，由阳极、电解质和阴极组成。其可以分为五类：碱性燃料电池、磷酸盐燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池。作为新一代燃料电池的固体氧化物燃料电池，被认为是一种很有应用前景的能量转化设备。固体氧化物燃料电池具有以下优势：单位体积能效和单位体积能量密度都比较高，可以实现大功率高效发电，若热电联供，其能量转化效率可达80％以上；气体污染物排放量几乎为零，发电噪音低，对环境有利；也可直接使用天然气、石油液化气、煤气等碳氢化合物燃料气，能源适应性好；其所有组件全为固态，结构简单、安全可靠性高。
目前，固体氧化物燃料电池主要有管式和平板式两种结构。对于平板式固体氧化物燃料电池，在投入商业运行前，解决其电池堆的排列是一个关键问题。
传统的平板式固体氧化物燃料电池堆如图1所示，包括多组固体氧化物燃料单电池02和放置于相邻两个固体氧化物燃料单电池02之间的电池连接极01固体氧化物燃料单电池02包括阴极层021、电解质层022和阳极层023。固体氧化物燃料电池堆一般按照这种方式堆叠到一定层数，最终将这些堆起来的电池进行串并联组合。由于各个固体氧化物燃料单电池都需要密封处理，故常采用单电池水平放置，然后逐层叠加的方式。使用类似的方法进行电池堆的排列会带来，如：电池受压不均、电池约束应力较大、电池堆维修困难等等一系列问题。
因此，如何设计新的平板式固体氧化物燃料电池堆的结构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可拆换式板状电池串联电池堆结构，以更好地实现平板式固体氧化物燃料堆的布置。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可拆换式板状电池串联电池堆结构，包括保温保压外壳、单电池集成单元、燃料气体分配单元、氧化气体分配单元、导电单元和电池紧固装置；单电池集成单元由至少两个单电池和金属网过紧固单元串联集成；单电池依次叠加放置，彼此之间仅通过金属网进行物理接触；单电池集成单元设置于保温保压外壳内；单电池集成单元的正负极通过导电单元引出保温保压外壳；燃料气体分配单元和氧化气体分配单元用于向单电池集成单元提供燃料气体和氧化气体。
进一步的，单电池包括连接极、多孔金属支撑层、阳极、电解质层和阴极；连接极上开有气体通路；连接极一侧上开有凹槽，多孔金属支撑层安装于凹槽中，多孔金属支撑层与连接极接触的边缘和支撑面之间通过焊接或者粘结密封固定。
进一步的，多孔金属支撑层与连接极的上表面修整出一个供喷涂的表面；阳极、电解质层和阴极依次设置于该表面上。
进一步的，阳极覆盖多孔金属支撑层且阳极的面积大于多孔金属支撑层的面积；电解质层覆盖阳极且电解质层的面积不小于阳极面积；阳极位于多孔金属支撑层与连接极成的整体与电解质层之间。
进一步的，保温保压外壳中设有托架，单电池通过通气管道或小凸台固定于托架上。
进一步的，导电单元包括单电池之间的金属网和导电浆料以及单电池集成单元两端的导线，单电池之间的金属网为银网或者镍网，接触浆料为银浆的，导线为银线。
本发明提供了一种可拆换式板状电池串联电池堆结构，所述的电池堆结构是以具有自密封功能单电池为基础的。
进一步的，该单电池的连接极、阳极、电解质和阴极设计为一个无需外在密封的整体结构。
进一步的，保温保压外壳不仅提供保温作用，同时也可以在不大于5Mpa下提供保压的作用。
进一步的，燃料气体分配单元为每个单电池提供燃料气体。
进一步的，燃料气体分配单元与每个单电池管道末端采用柔性连接过渡。
进一步的，电池紧固装置采用螺栓、弹簧或者气压的方式予以施压，保证单电池直接良好的接触。
进一步的，单电池通过通气管道或小凸台固定于所述托架上。
在上述技术方案中，本发明提供的固体氧化物燃料电池的制造方法，在电池制备完成后可以实现自密封的功能。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明一种可拆换式板状电池串联电池堆结构，有效地解决了单电池受压不均、电池约束应力较大、电池堆维修困难等问题；电池在电池堆内部为独立体，单电池的数量可以自由增加或者减少；电池运行过程中如果某个单电池发生损坏，也以通过检修时将该电池予以更换或者移除，而不影响电池堆的性能；单电池集成单元在保温保压外壳中直接处于一定压力的氧化性气体氛围中；本发明兼顾了单电池的可拆卸性能和密封性能。
附图说明
图1为传统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电池堆结构示意图；
图3为单电池结构示意图；
其中：01-电池连接极、02-固体氧化物燃料单电池、021-阴极层、022-电解质层、023-阳极层；1-1保温保压外壳、1-2单电池集成单元、1-3燃料气体分配单元、1-4氧化气体分配单元、1-5导电单元、1-6电池紧固装置、1-7托架；1-2-1单电池、1-2-2金属网；1-2-1-1连接极、1-2-1-2多孔金属支撑层、1-2-1-3阳极、1-2-1-4电解质层、1-2-1-5阴极。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种可拆换式板状电池串联电池堆结构，使得电池堆的排列结构得到优化。为了使本领域的技术人员更好的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。
请参阅图2所示，本发明一种可拆换式板状电池串联电池堆结构，包括保温保压外壳1-1、单电池集成单元1-2、燃料气体分配单元1-3、氧化气体分配单元1-4、导电单元1-5和电池紧固装置1-6。
单电池集成单元1-2由至少两个单电池1-2-1和金属网1-2-2过紧固单元1-6串联集成；单电池1-2-1依次叠加放置，彼此之间仅通过金属网1-2-2进行物理接触。单电池集成单元1-2设置于保温保压外壳1-1内；单电池集成单元1-2的正负极通过导电单元1-5引出。
单电池1-2-1包括连接极1-2-1-1、多孔金属支撑层1-2-1-2、阳极1-2-1-3、电解质层1-2-1-4和阴极1-2-1-5。连接极两侧开有气体通路；连接极一侧上开有凹槽，多孔金属支撑层1-2-1-2安装于凹槽中，多孔金属支撑层1-2-1-2与连接极接触的边缘和支撑面之间通过焊接或者粘结密封固定。多孔金属支撑层1-2-1-2与连接极的上表面修整出一个可供喷涂的表面；阳极1-2-1-3、电解质层1-2-1-4和阴极1-2-1-5依次设置于该表面上。阴极1-2-1-5上设有一层金属网1-2-2。
请参阅图3所述，阳极覆盖多孔金属支撑层；电解质层覆盖阳极且电解质层的面积大于阳极面积；电解质层的边缘和阳极的边缘均接触连接极；阳极位于多孔金属支撑层与连接极1-1成的整体与电解质层之间。致密电解质层与连接极的边缘接触，保障连接极与多孔金属内部的气体不沿着连接极四周的界面发生泄漏。
保温保压外壳1-1中设有托架，燃料气体分配单元1-3与每个单电池阳极一侧气体通路采用柔性连接过渡；单电池通过通气管道或小凸台固定于托架1-7上。电池紧固装置1-6包括电池堆支架和紧固装置，紧固装置可以采用螺栓、弹簧或者气压的方式予以施压，保证单电池之间良好的接触。
氧化气体分配单元1-4直接将氧化气体通入保温保压外壳1-1。
实施例1：
将单电池片竖直依次放置在箱体内，而后通过紧固件或者气压装置进行固定，使得单电池之间能够有效地接触。测试电池堆表现出良好的电压和功率输出性能。
实施例2：
将单电池片水平依次叠加放置在箱体内，而后通过紧固件或者气压装置进行固定，使得单电池之间能够有效地接触。测试电池堆表现出良好的电压和功率输出性能。
本说明书中的各个实施例具有相互关联性，为递进说，但每个实施例中又有所不同侧重，各个实施例之间相似的部分可相互参考。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。本发明所述的基本原理可以在稍作修改后在其他实施例中实现，因此，本发明将不被限制于本文中所示的实施例中，而是要在符合本文公开的原理和新颖特点的最宽的范围内。

Claims (6)

1.一种可拆换式板状电池串联电池堆结构，其特征在于，包括保温保压外壳(1-1)、单电池集成单元(1-2)、燃料气体分配单元(1-3)、氧化气体分配单元(1-4)、导电单元(1-5)和电池紧固装置(1-6)；
单电池集成单元(1-2)由至少两个单电池(1-2-1)和金属网(1-2-2)过紧固单元(1-6)串联集成；单电池(1-2-1)依次叠加放置，彼此之间仅通过金属网(1-2-2)进行物理接触；单电池集成单元(1-2)设置于保温保压外壳(1-1)内；单电池集成单元(1-2)的正负极通过导电单元(1-5)引出保温保压外壳(1-1)；
燃料气体分配单元(1-3)和氧化气体分配单元(1-4)用于向单电池集成单元(1-2)提供燃料气体和氧化气体。
2.根据权利要求1所述的一种可拆换式板状电池串联电池堆结构，其特征在于，单电池(1-2-1)包括连接极(1-2-1-1)、多孔金属支撑层(1-2-1-2)、阳极(1-2-1-3)、电解质层(1-2-1-4)和阴极(1-2-1-5)；连接极上开有气体通路；连接极一侧上开有凹槽，多孔金属支撑层(1-2-1-2)安装于凹槽中，多孔金属支撑层(1-2-1-2)与连接极接触的边缘和支撑面之间通过焊接或者粘结密封固定。
3.根据权利要求2所述的一种可拆换式板状电池串联电池堆结构，其特征在于，多孔金属支撑层(1-2-1-2)与连接极的上表面修整出一个供喷涂的表面；阳极(1-2-1-3)、电解质层(1-2-1-4)和阴极(1-2-1-5)依次设置于该表面上。
4.根据权利要求2所述的一种可拆换式板状电池串联电池堆结构，其特征在于，阳极覆盖多孔金属支撑层且阳极的面积大于多孔金属支撑层的面积；电解质层覆盖阳极且电解质层的面积不小于阳极面积；阳极位于多孔金属支撑层与连接极成的整体与电解质层之间。
5.根据权利要求1所述的一种可拆换式板状电池串联电池堆结构，其特征在于，保温保压外壳(1-1)中设有托架，单电池通过通气管道或小凸台固定于托架上。
6.根据权利要求1所述的一种可拆换式板状电池串联电池堆结构，其特征在于，导电单元包括单电池之间的金属网和导电浆料以及单电池集成单元两端的导线，单电池之间的金属网为银网或者镍网，接触浆料为银浆的，导线为银线。
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