CN107293766A - 一种用于固体氧化物燃料电池的一体化双极板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于固体氧化物燃料电池的一体化双极板，包括基板和表面涂层，所述基板表面设置有气体流道，所述基板边缘设置有长腰孔以供同极气体出入。本发明将阳极气道框、阴极气道框、分隔板、镍泡棉、银网及气道板等各部件集成在一块叫双极板的金属板上，在结构上进行了设计优化，并在材料选择、加工工艺、表面处理等方面也进行了优化。

Description

一种用于固体氧化物燃料电池的一体化双极板
技术领域
本发明涉及燃料电池技术，具体是一种用于固体氧化物燃料电池的一体化双极板。
背景技术
固体氧化物燃料电池单电池间的连接(以下称“双极板”)，受制于加工技术工艺及材料成本的约束，一直是高温燃料电池电堆制造技术中的难点。双极板又是燃料电池电堆系统的核心部件之一，其质量约占整个电堆系统的80％，其制造成本约占整个燃料电池电堆系统的总制造成本的45％。双极板主要包括基板和流场两部分；其中，基板的主要功能是导电、集电，流场的主要功能是阻隔阴阳两极气体并引导气体流动。
固体氧化物燃料电池内部工作温度一般在700℃以上，在制造双极板时，要选取同时具备高的导电率、导热性、并且在氧化和还原气氛下稳定以及具有一定结构强度且与电池组件的热膨胀系数匹配等性质的材料。导电、集电是双极板的基本功能，所以在选择制造双极板的材料时，需要优先满足导电性的功能需求，选择导电性好的材料。又因为一般导电性好的材料导热性也比较好，而且燃料电池电堆只有达到一定的温度才能工作，因此导电导热是电堆系统工作的基本条件。所以，在制造燃料电池电堆双极板时，通常选择同时具备导电性和导热性的材料，并且这种材料的导电性和导热性都应该达到美国能源部规定的双极板的基本工作条件。
双极板目前常用的材料有钙钛矿型材料如La1-xCaxCrO3、La1-xSrxCrO3和Cr-Ni合 金等。传统的高温SOFC燃料电池采用掺杂的LaCrO3作为双极板的基板。当SOFC燃料电池的工作温度降到小于600℃时，可以使用廉价而且容易加工的铁素体不锈钢，其线膨 胀系数约为12.5x10-6/k，与电池组件的热膨胀系数都极为接近。不锈钢的组分需要优化， 以保持其与其它部件之间的接触电阻在长时间(约40000h)内保持很低(＜20mΩ·cm2)。
由此可见，由于双极板，需要具备的性能比较多，能够全面满足其各种性能需求的可 选材料非常少。因此，目前多数情况是，是将双极板分成几块单独制造，来分别满足高温氧化物燃料电池对双极板的不同需求。这样就降低了燃料电池的效率，同时对燃料电池的性能产生了一定的影响，另外，还增加了燃料电池的体积、重量，加大了制造的难度，提 高了制造成本，成为了一个巨大的技术瓶颈，在多方面严重阻碍了燃料电池发展。
燃料电池电堆双极板的制造技术是燃料电池发电部分的两大核心技术之一。目前，世 界各国对于双极板材料的研究都投入了巨大的力量，以寻求一种在提升双极板性能的同时 既能拓宽选材范围又能最大限度地降低制造成本和加工难度的燃料电池双极板及其制造 方法。本发明的目的就是解决这个问题，并大幅度降低了双极板的制造成本，如大规模推 广，必将在未来的燃料电池市场建立巨大的竞争优势。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种用于固体氧化物燃料电池的一体化双极板，以解决 上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于固体氧化物燃料电池的一体化双极板，包括基板和表面涂层，所述基板表面 设置有气体流道，所述基板边缘设置有长腰孔以供同极气体出入。
作为本发明的优选方案：所述基板及涂层的电导率大于1S·cm-1。
作为本发明的优选方案：所述涂层是覆盖在所述基板上的一层金属氧化物，所述涂层 厚度为0.015mm～0.03mm。
作为本发明的优选方案：所述涂层的喷涂方法是等离子喷涂或高速氧焰喷涂。
作为本发明的优选方案：所述基板由导热系数不小于1.5～2.0W·m-1·K-120W/MK的 材料制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将阳极气道框、阴极气道框、分隔板、 镍泡棉、银网及气道板等各部件集成在一块叫双极板的金属板上，在结构上进行了设计优 化，并在材料选择、加工工艺、表面处理等方面也进行了优化。
附图说明
图1是本发明实施方式的双极板单面流道的示意图。
图中：1-气体流道、2-长腰孔、3-基板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种用于固体氧化物燃料电池的一体化双极板，包括基板3和表面涂层， 所述基板3表面设置有气体流道1，所述基板3边缘设置有长腰孔2以供同极气体出入。
基板3及涂层的电导率大于1S·cm-1。涂层是覆盖在所述基板3上的一层金属氧化物， 所述涂层厚度为0.015mm～0.03mm。涂层的喷涂方法是等离子喷涂或高速氧焰喷涂。基板 3由导热系数不小于1.5～2.0W·m-1·K-120W/MK的材料制成。
本发明的工作原理是：附图1表示本发明的一种实施方式所涉及的用于燃料电池的双 极板的立体结构示意图。
如附图1所示，在本实施方式中，双极板基板3上设有气体流道1和边缘长腰孔2以供气体出入。基板3表面喷涂有氧化物涂层。
本实施方式的双极板通过如下方法进行制造：
(I)提供表面设置有气体流道1且边缘设置有两组长腰孔2以供同极气体出入的基板；
(2)在基板3上喷涂金属氧化物。
本发明中的基板除了具备导电性质外，其他性质均应满足美国能源部规定的燃料电池 双极板基板工作条件的有关要求。
本发明中的基板为电导率大于1S·cm-1的金属材料或合金材料制成，基板的厚度为 ≤2mm，可以使电堆产生的电流以最小电阻通过厚度。在本发明的实施中基板的涂层为涂 镀在基板表面和边缘的金属氧化物，所述涂层厚度优选为0.015mm至0.03mm。
气道的布局及截面形状是经过计算机仿真优化而成。本发明将传统的固体氧化物燃料 电池电堆中的多部件进行集成，包括阳极气道框、阴极气道框、分隔板、镍泡棉、银网及 气道板等。

Claims (5)

1.一种用于固体氧化物燃料电池的一体化双极板，包括基板和表面涂层，其特征在于，所述基板表面设置有气体流道，所述基板边缘设置有长腰孔以供同极气体出入。
2.根据权利要求1所述的一种用于固体氧化物燃料电池的一体化双极板，其特征在于，所述基板及涂层的电导率大于1S·cm-1。
3.根据权利要求1所述的一种用于固体氧化物燃料电池的一体化双极板，其特征在于，所述涂层是覆盖在所述基板上的一层金属氧化物，所述涂层厚度为0.015mm～0.03mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于固体氧化物燃料电池的一体化双极板，其特征在于，所述涂层的喷涂方法是等离子喷涂或高速氧焰喷涂。
5.根据权利要求2所述的一种用于固体氧化物燃料电池的一体化双极板，其特征在于，所述基板由导热系数不小于1.5～2.0W·m-1·K-120W/MK的材料制成。
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