CN111403764A - 一种金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构，该结构由多个单电池集成单元组成，其中，单电池集成单元包括单电池支撑底座、导电弹性金属板支撑底座、多个微管单电池以及多个导电弹性金属板；单电池支撑底座固定多个微管单电池，导电弹性金属板支撑底座固定多个导电弹性金属板；导电弹性金属板与单个微管单电池的阴极接触，用于汇集单个微管单电池的阴极的电流。通过本发明提供的电池堆结构，有效解决了微管固体氧化物燃料电池堆启动慢、应力较大、难固定等问题。

Description

一种金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构

技术领域

本发明涉及能源技术领域，特别是涉及一种一种金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell缩写为SOFC)是一种固态发电装置，其发电效率高，工作时无噪音，无污染，不经过燃烧而是直接将燃料的化学能转化为电能。固体氧化物燃料电池功能层主要包括阳极，电解质，阴极三个功能层。

目前研制开发的SOFC结构中，主要有管式和平板式两种基本结构。其中，以平板为主的固体氧化物燃料电池，存在密封问题和启动速度缓慢的问题。相关技术中采用焊接技术进行密封与连接，但是焊接连接处，在电池使用过程中产生的高温下，存在高温影响密封性能问题；管式固体氧化物燃料电池具有无需高温密封的优点，但是，管式SOFC由于体积较大，其电流导出路径较长，加热较慢，启动较慢，这严重制约了管式固体氧化物燃料电池的发展。为此，改用微管固体氧化物燃料电池解决加热启动较慢的问题。

但是，微管的固体氧化物燃料电池的电流较小，要获得较大的功率输出与电池性能有必要将微管固体氧化物燃料电池进行组装形成微管固体氧化物燃料电池堆，国内曾有学者利用陶瓷支撑的微管固体氧化物燃料电池组成电池堆并进行了测试，但并未完全解决微管单电池的固定问题，有专利通过刚性固定微管单电池并构成电池堆，但这样的固定方式必然会在微管电池内产生很大的应力，因此，微管单电池组成电池堆的固定问题依旧不容忽视。

此外，即使微管电池的启动速度较快，但是利用陶瓷或者金属陶瓷支撑的微管电池的启动速度仍然不会达到1～5分钟内超快速启动的程度，因此，进一步提高微管电池堆内部的快速启动依旧是一个重要的问题。

发明内容

本发明提供一种金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构，以解决微管固体氧化物燃料电池启动慢、应力较大、难固定等问题。

本发明提供了一种金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构，所述结构由多个单电池集成单元组成；

所述单电池集成单元包括支撑底座、多个微管单电池以及多个导电弹性金属板；

所述支撑底座包括单电池支撑底座和导电弹性金属板支撑底座；所述单电池支撑底座用于固定所述多个微管单电池；所述导电弹性金属板支撑底座用于固定所述多个导电弹性金属板；

所述多个微管单电池与所述多个导电弹性金属板交替排列；

所述导电弹性金属板与单个微管单电池的阴极接触，用于汇集单个微管单电池的阴极的电流。

优选地，所述单电池支撑底座用于多个微管单电池中各个微管单电池阳极的电流的收集和导入。

优选地，所述导电弹性金属板支撑底座用于收集并导出所述多个微管单电池中各个微管单电池阴极的电流。

优选地，所述单电池支撑底座与所述导电弹性金属板支撑底座之间设置有绝缘层。

优选地，所述单电池支撑底座上设置有多个插孔，所述单电池支撑底座内开通有燃料气道；所述多个插孔分别与所述燃料气道连通；

所述微管单电池包括开口端、封闭端；所述开口端放置于所述插孔中，并与所述燃料气道接通。

优选地，每个所述单电池集成单元中的微管单电池的个数为5个～30个。

优选地，多个微管单电池通过导电弹性金属板连接，得到由所述多个微管单电池的并联集成的所述单电池集成单元；

其中，所述导电弹性金属板为银、镍和铁铬铁素体不锈钢中的任意一种。

优选地，所述微管单电池由多孔金属薄壁支撑管、阳极、电解质和阴极组成；

其中，所述多孔金属薄壁支撑管的内直径为3mm～12mm，所述多孔金属薄壁支撑管的长度为50mm～500mm。

优选地，所述金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构放置在保温保压外壳内。

优选地，所述保温保压外壳中设有托架，所述金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构中的每个所述单电池集成单元的所述支撑底座放置于所述托架上。

本发明提供了一种金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构，该结构中，将5～30个金属支撑薄壁管制备的自密封微管单电池插放在相应的底座上面，并用导电弹性金属板连接，构成了一个单电池集成单元。多个单电池集成单元，通过导电弹性金属板支撑底座的插槽(即电池紧固单元)连接，构成多孔金属支撑的自密封微管固体氧化物燃料电池组。电池紧固单元和电池底座兼具紧固与导电的作用；导电弹性金属板与它所插置的底座传导阴极电流，微管单电池的底座除了固定微管单电池，还起到了传导阳极电流的作用。并且，本发明提供了一种金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构还具有以下优点：

首先，金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构采用一端封闭的微管单电池结构来制备电池堆，使得本发明的电池堆不需要采用额外密封手段，即可实现密封的效果；其次，微管单电池结构采用金属微管作支撑体，有利于电池堆的快速启动；最后，该电池堆结构简单，组装与维修方便。而通过这些优点使得该微管电池制备的电池堆更加紧凑，结合其快速启动能力为固体氧化物燃料电池直接用于汽车动力电源提供了新的方法。

附图说明

图1示出了本发明一实施例制备的单电池集成单元的结构示意图；

图2示出了本发明一实施例制备的金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构的结构示意图；

图3示出了本发明一实施例制备的金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构的俯视示意图；

图4示出了本发明实施例1制备的金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构的结构示意图；

图5示出了本发明一实施例提供的微管单电池结构的剖面示意图；

图6示出了本发明一实施例提供的微管单电池结构的另一剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提供的单电池集成单元的结构示意图，请参阅图1所示，1-1为支撑底座，1-2为微管单电池，1-3为导电弹性金属板，1-4为导电弹性金属板支撑底座的插槽，1-5为燃料气道。

如图1所示，支撑底座包括单电池支撑底座A和导电弹性金属板支撑底座B；单电池支撑底座A上固定了多个微管单电池；导电弹性金属板支撑底座B上固定了多个导电弹性金属板；多个微管单电池与多个导电弹性金属板交替排列；其中，导电弹性金属板与单个微管单电池的阴极接触，用于汇集单个微管单电池的阴极的电流；导电弹性金属板支撑底座的插槽1-4设置于导电弹性金属板支撑底座B的侧面。并且，导电弹性金属板，不仅具有收集和导出阴极电流的作用，还具有连接和紧固微管单电池的作用。

具体实施时，微管单电池与导电弹性金属板依次放置在支撑底座上；将5～30个单电池构成一排，每排单电池组之间通过电流收集单元并联起来组成单电池集成单元。

单电池支撑底座A上设置有多个插孔；单电池支撑底座A内开通有燃料气道1-5，以供微管燃料电池的燃料气体流动；多个插孔分别与燃料气道连通；微管单电池包括开口端、封闭端；开口端放置于插孔中，并与燃料气道接通。其中，本发明中的燃料气道为燃料气体分配流道，具有分配燃料气体流入和燃料气体流出的功能。

具体实施时，微管单电池开口端设有燃料气体通道，如图6所示，6-6为燃料气体导气管，6-1为金属薄壁管，6-5为燃料气体通道，燃料气体导气管通过单电池支撑底座A上的插孔，将燃料气道1-5中的燃料气体导入至燃料气体导气管与金属薄壁管形成的燃料气体通道中。

单电池支撑底座A与多个微管单电池的金属薄壁管相连，用于多个微管单电池中各个微管单电池阳极的电流的导入；导电弹性金属板支撑底座B与各个导电弹性金属薄壁板连接，用于收集并导出多个微管单电池中各个微管单电池阴极的电流。单电池支撑底座A与导电弹性金属板支撑底座B之间设置有绝缘层。该绝缘层用于防止阳极电流与阴极电流之间的串流，从而使单电池集成单元就会发生短路。即A导入阳极电流，B导出阴极电流；B接触的是阴极，阴极导入电子，导出电流。

所述导电弹性金属板支撑底座的插槽，用于连接和固定相邻的所述单电池集成单元的所述单电池支撑底座；

导电弹性金属板支撑底座的插槽用于连接和固定多个单电池集成单元构成电池堆。具体实施时，导电弹性金属板支撑底座的插槽，通过相邻的单电池集成单元的单电池支撑底座A与插槽之间存在的大小一致性，连接和固定相邻的单电池集成单元(如图2所示)。其中，A和B之间存在尺寸差值，A的宽度与1-4的宽度相等，以使A能嵌入1-4中(如图3所示)，实现连接和固定多个单电池集成单元构成电池堆的目的。

并且，如图1所示，每个单电池集成单元内的微管电池(1-2)并联集成，所述并联集成为：当多个微管单电池组成一个单电池集成单元时，每个单电池集成单元内部的各个微管单电池的阴极电流都通过与之接触的导电金属薄板传导在B上，而每个单电池集成单元内部的各个微管单电池阳极电流都由A导入，即一个单电池集成单元是多个微管单电池的并联结构。

如图4所示，所述金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构放置在保温保压外壳内，并且，所述保温保压外壳中设有托架，所述金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构中的每个所述单电池集成单元的所述支撑底座放置于所述托架上。其中，将电池堆放置于保温保压外壳中，保温保压外壳用以热管理和保护电池。

本发明实施例中，导电弹性金属板将多个微管单电池连接形成并联，得到由多个微管单电池的并联集成的单电池集成单元；其中，每个单电池集成单元中的微管单电池的个数为5个～30个。

本发明提供的一种多孔金属支撑的自密封微管固体氧化物燃料电池堆结构，以更好的提升电池的启动速度与密封性能，并降低制造成本。

本发明提供的一种金属支撑的自密封微管固体氧化物燃料电池堆结构，采用单电池支撑底座和导电弹性金属板支撑底座，只分别固定微管单电池和导电弹性金属板的底部，其上部并未被固定，并且本发明提供的微管单电池为一端封闭的金属支撑微管单电池，其上部无需采用额外密封手段进行密封(因密封的同时必存在固定的效果)。因此，本发明针对本发明提供的一端封闭的微管单电池结构，提供的固定方法属于单向约束，解决了传统的双向的刚性约束，避免了电池内部较大的应力。即，基于本发明特有的一端封闭的微管单电池结构，而得到的一端封闭的电池堆结构，只需采用单向约束，解决传统约束方式中产生的电池内部应力较大的问题。

其中，传统的固定方法为电池的底部和上部均被固定，形成双约束条件的固定方式，而当电池工作时，由于电池各个部位的温度不一致，从而电池各个部位的膨胀量也不一致，若双向固定，则电池的变形收到约束，使得电池各部位的因膨胀量与变形程度不协调，从而使得电池内部产生较大应力。而本发明中，若电池各部位变形不协调时，可以通过具有弹性的导电弹性金属板进行调节，使得各部位的变形程度与膨胀量一致，避免应力的产生。

本发明提供的一种金属支撑的自密封微管固体氧化物燃料电池堆结构，采用具有良好导热、导电性能的金属支撑体，并通过减小电池的体积，达到快速启动电池的目的，并且启动时间可控制在一分钟或者一分钟以内。

因此，本发明提供的一种金属支撑的自密封微管固体氧化物燃料电池堆结构的最大特点为：利用金属支撑的微管固体氧化物燃料电池组成电池堆，从而极大地增加了微管电池堆的启动速度；同时，采用一端封闭的微管单电池可以有效的实现单约束固定单电池，避免了传统的刚性约束给电池内部带来的较大的应力。即本发明提供的一种金属支撑的自密封微管固体氧化物燃料电池堆结构，通过组合构成电池单元和通过底座的串并联形成电池堆，不仅有效地提高了金属微管电池堆的启动速度，同时解决了微管单电池的刚性问题，有效的将金属支撑微管单电池组成电池堆。

此外，本发明提供的一种金属支撑的自密封微管固体氧化物燃料电池堆结构，其中各单电池之间共用一个导电弹性金属板，在节约材料同时，减少阴极电流的传输路径，从而降低电流的损失。

请参阅图5所示，本发明一实施例提供的微管单电池结构的剖面示意图。如图5所示，5-1为金属薄壁管，5-2为阳极，5-3为电解质，5-4为阴极，5-5为燃料气体通道，5-6为燃料气体导气管。

图6示出了本发明一实施例提供的微管单电池结构的另一剖面示意图。如图6所示，6-1为金属薄壁管，6-2为阳极，6-3为电解质，6-4为阴极，6-5为燃料气体通道，6-6为燃料气体导气管、6-7为金属薄壁管的封闭端、6-8为金属薄壁管的开口端、6-9为金属薄壁管的多孔区域。

结合图5和图6所示，本发明提供的微管单电池结构，由内到外依次为：燃料气体导气管、金属薄壁管以及阳极、电解质以及阴极；如图6所示，金属薄壁管包括封闭端、开口端以及多孔区域；其中，封闭端与开口端为无孔区域，分别位于多孔区域的两端。由图6可知，燃料气体导气管设置于金属薄壁管中，且不与金属薄壁管接触；阳极覆盖金属薄壁管的多孔区域，也可覆盖金属薄壁管的封闭端；电解质覆盖阳极，电解质的面积大于阳极的面积，并且电解质的与金属薄壁管的开口端接触，由于开口端为无孔区域，因此当电解质与开口端接触时，能达到密封的效果，致密电解质层保障多孔金属薄壁管内部的气体不沿着阳极发生泄漏。并且，如图6所示，电解质会覆盖开口端的一部分，而金属薄壁管中未被覆盖的区域具有抗氧化防护薄膜。此外，阴极电流通过与阴极接触的金属薄板导出。

具体实施时，本发明中的金属薄壁管可采用金属支撑箔，燃料气体导气管的一端，到金属薄壁管的封闭端的距离小于等于10mm，燃料气体导气管与金属薄壁管的间隙大于1mm。

具体实施时，多孔金属薄壁支撑的单电池采用内部具有独立的燃料气体导气管，一端自密封的多孔金属薄壁管做阳极、电解质和阴极的支撑体；多孔金属薄壁管一端封闭，中间为多孔区域，两端为无孔隙的致密冶金结合区域；多孔区域的孔由多个垂直于轴线方向并贯穿薄壁管的圆柱形微孔组成；金属薄壁管外侧依次包裹阳极、电解质和阴极。所述致密冶金结合区域即为无孔区域。

具体实施时，金属薄壁管的内直径取值范围为3mm～12mm，所述金属薄壁管的长度为50mm～500mm，所述金属薄壁管的管壁厚度为0.1～0.5mm；金属薄壁管的多孔区域的孔隙率为5％-30％；金属薄壁管的多孔区域的长度占金属薄壁管总长度的50％～90％。

具体实施时，多孔区域中分布多个圆柱形微孔，可采用激光打孔的方法，沿着垂直于多孔金属薄壁管的垂直轴线的方向，进行打孔，进而得到多个孔向垂直于金属薄壁管的轴线的圆柱形微孔，圆柱形微孔的直径范围为10μm～100μm。

其中，沿着垂直于多孔金属薄壁管的垂直轴线的方向打孔的目的是，使燃料气体可以直接通过圆柱形微管提供的直通路径，到达阳极，从而减少浓差极化；而现有技术中提供的孔隙均为弯曲孔隙，例如，采用粉末冶金或相转化的方式，得到的孔隙都是非直通孔，而燃料气体，通过不同路经的非直通孔到达阳极后，会产生较大的浓差极化。在电池使用过程中，当浓差极化较大时，电池的最大电流密度就会减小，最大输出功率也相应的减小，而本发明中的圆柱形微孔有效地减小了浓差极化，提高了电池的输出功率，从而达到提升电池性能的目的。

图6中的阳极和阴极均覆盖了金属薄壁管的封闭端，在实际操作中，阳极材料也可以不覆盖封闭端，只需符合阳极的面积大于等于金属薄壁管的多孔区域的面积。

本发明实施例中采用金属薄壁管作电池的支撑体，由于金属材料的强度远高于陶瓷材料，解决了陶瓷材料在电池使用过程中易裂的问题。因此，采用本发明的金属薄壁管支撑体制备电池/电解池，有效提高了电池/电解池的力学性能。

本发明实施例中采用金属薄壁管作电池的支撑体，由于金属热导率高，升温速度即使很快，电池内部温度也很容易均匀，加上金属强度高(内有应力)，也不容易产生裂纹。因此，采用本发明的金属薄壁管支撑体制备电池/电解池可以快速启动。而采用阳极支撑体(采用的是陶瓷材料)，由于陶瓷导热较差，升温速度如果过快，将使得局部温度不均匀，进而产生应力导致开裂的问题。

本发明实施例中采用金属材料制备金属薄壁管支撑体，由于金属的导电率优于作为阳极支撑体的陶瓷，并且金属的强度较高，所以本申请中电池/电解池的阳极、阴极以及电解质的层厚度都可以尽可能的小(即很薄的结构层)，当电解质的层厚度较低时，可有效降低电池内阻，提高电流传导效率(阳极支撑体由于阳极的电导率低于金属，因而电流传导时损耗较大)，当电极的层厚度较低时，降低了电极的极化阻抗，更有利于气体扩散进去反应，提高电池性能的同时达到节约能源的目的。其中，极化阻抗是指电极对电池反应的阻力。因此，采用本发明的金属薄壁管支撑体制备电池，具有提升电池导电性的优点。

本发明提供的一种微管单电池结构，由于该结构基于金属薄壁管作电池功能层的支撑体，不仅使得电极与电解质部件可以制备成薄膜形式，大大降低了电池内阻与电极极化，提升了电池性能，而且由于金属的强度与热导率，金属薄壁管支撑型微管固体氧化物燃料电池具有成本低，强度高，且抗热震能力高的特点。

本发明提供的一种微管单电池结构，由于该结构，不仅结合了管式固体氧化物燃料电池的优点，还减小管式固体氧化物燃料电池的大小，使得在同一温度下，本发明提供的金属薄壁管支撑型微管固体氧化物燃料电池具有加热更快的特点。此外，微管固体氧化物燃料电池的浓差极化较一般地管式固体氧化物燃料电池小，这为其商业化创造了有利条件。

本发明提供的一种微管单电池结构，基于金属材料制备的微管支撑体，使得电池密封较容易、电池启动加快，提高了电池性能。并且，本发明提供的各个结构还包括以下优点：

首先，本发明提供的金属薄壁管支撑体，由于具有一端封闭、一端开口的特点，解决了相关技术中采用两端开口的支撑体存在的密封困难的问题，不需额外的密封连接操作，即可防止漏气，实现自密封。其次，本发明提供的金属薄壁管支撑体的开口端，为无孔区域，因此，当电池进入使用过程时，只需将开口端与底座进行简单的焊接，就能达到密封的目的，且底座的连接处温度较低，不会对焊接处造成密封失效的问题。

本发明提供的一种微管单电池结构，采用激光打孔的方式，得到完全贯穿金属薄壁管的直通孔洞(即圆柱形微孔)，可以减少浓差极化，提高电池的体积功率密度。并且，本发明提供的电池结构为一端封闭、一端开口，相较于相关技术中的两端开口的燃料电池，当燃料气体导气管的第二开口端将气体导入金属薄壁管时，金属薄壁管的内管会为导入的阳极气体加压，即通过燃料气体导气管和金属薄壁管的内管的结合，实现阳极气体加压的效果，进而提升电池性能。而两端开口的燃料电池，由于阳极气体从一端进、另一端出，无法实现阳极气体加压的效果，从而阳极气体无法高效地通过孔隙到达阳极。

本发明提供了一种可快速启动的金属薄壁管支撑的微管单电池结构，该结构最显著的特点是采用一端自密封的多孔金属支撑薄壁管作为支撑体以提升该结构电池的密封性能和快速启动性能。同时多孔金属薄壁管具有多个垂直于轴线方向的贯穿薄壁管的微孔以提升气体扩散速率并保证薄壁管具有一定的机械强度。该电池相较于传统管式燃料电池有更高的启动速度，并具有高温自密封特性，大幅度提高了传统管式燃料电池的性能。这些优势使得该微管电池制备的电池堆更加紧凑，结合其快速启动能力为固体氧化物燃料电池直接用于汽车动力电源提供了新的方法。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下通过多个具体的实施例来说明本发明的一种金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构结构。

实施例1

采用外径5mm，长度250mm的微管单电池，将单电池的金属薄壁管开口端固定在单电池支撑底座A之上，并采用钎焊的方式与支撑底座进行密封。每个单电池支撑底座上放置15个微管电池，微管电池的阴极与固定在导电弹性金属板支撑底座B上的弹性金属板进行接触，弹性金属板与微管电池阴极的接触区域采用导电浆料进行粘接，单电池支撑底座A与导电弹性金属板支撑底座B之间互相绝缘(图1所示)。通过上述的方式将15个微管单电池组成单电池集成单元。将15个如上的单电池集成单元平行排列串联后放置在保温保压的腔室内构成如图4所示的微管电池堆。在所有电池阳极通入高压的氢气，电池堆表现出良好的电压和功率输出。

实施例2

采用外径8mm，长度300mm的多孔金属支撑的微管电池，采用激光焊的方式将单电池固定在单电池支撑底座A上。每个单电池支撑底座A上放置30个微管单电池，微管单电池与固定在导电金属弹性板支撑底座B上的导电弹性金属板进行接触，导电弹性金属板与微管单电池的接触区域采用导电浆料进行粘接，单电池支撑底座A与导电弹性金属板支撑底座B之间互相绝缘(图1所示)。通过上述方式将30个微管单电池组成单电池集成单元。将10个如上的单电池集成单元平行排列组成一个阵列，在这列内实现串联，然后将8个阵列同时放置在保温保压的腔室内，组装成电堆，8个阵列的串并联可在腔室内集成，也可以引出腔室串并联。在所有电池阳极通入甲烷和水蒸气的混合气体，电池堆表现出良好的电压和功率输出。

实施例3

采用外径12mm，长度400mm的多孔金属支撑的微管电池，采用激光焊的方式将单电池固定在单电池支撑底座A上。每个支撑底座上放置10个微管单电池，微管单电池与固定在导电弹性金属板支撑底座B上的导电弹性金属板进行接触，导电弹性金属板与微管电池接触区域采用导电浆料进行粘接，单电池支撑底座A与导电弹性金属板支撑底座B之间互相绝缘(图1所示)。通过上述方式将10个微管单电池组成单电池集成单元。将10个如上的单电池集成单元平行排列组成一个阵列，在阵列内实现串联，然后将10个阵列同时放置在保温保压的腔室内，组装成电堆，10个阵列的串并联可在腔室内集成，也可以引出腔室串并联。在所有电池阳极通入高压的煤气化气体，电池堆表现出良好的电压和功率输出。

实施例4

通过紧密辊压的方式形成外径6mm，壁厚0.3mm，长度250mm的一端封闭的金属薄壁管，通过激光打孔形成中间多孔,一端致密的多孔微管金属薄壁管，其中，两端10mm为致密区域，中间部分为多孔区域。在多孔金属支撑箔的多孔区域采用等离子喷涂的方法制备Ni/GDC阳极并覆盖多孔区域，同时采用低压等离子喷涂的方式在阳极制备ScSZ电解质，使其覆盖阳极；采用等离子喷涂的方式在电解质上制备出GDC/LSCF复合阴极，完成单电池的制备。将20个单电池依次插在单电池底座A上，并与导电弹性金属薄板和支撑底座构成单电池集成单元。其中，阴极电流通过导电弹性金属支撑板底座B引出，阳极电流通过单电池底座A引出。将上述形成10个单电池集成单元放置在保温保压的腔室内形成电池堆，在所有电池阳极通入高压的燃料气体，电池堆表现出良好的电压和功率输出。

实施例5(烧结)

通过紧密辊压的方式形成外径3mm，壁厚0.15mm，长度200mm的一端封闭的金属薄壁管，通过激光打孔形成中间多孔,一端致密的多孔微管金属薄壁管，其中，两端5mm为致密区域，中间部分为多孔区域。在多孔金属支撑箔的多孔区域采用等离子喷涂的方法制备Ni/GDC阳极并覆盖多孔区域，同时采用高温烧结的方式在阳极制备ScSZ电解质，使其覆盖阳极；采用高温烧结的方式在电解质上制备出GDC/LSCF复合阴极，完成单电池的制备。将30个单电池依次插在单电池底座A上，并与导电弹性金属薄板和支撑底座构成单电池集成单元。其中，阴极电流通过导电弹性金属支撑板底座B引出，阳极电流通过单电池底座A引出。将上述形成15个单电池集成单元放置在保温保压的腔室内形成电池堆，在所有电池阳极通入高压的燃料气体，电池堆表现出良好的电压和功率输出。

上述各实施例中，Ni为镍，Cr为铬，LSCF为镧锶钴铁，LSM为锰酸锶镧，ScSZ为氧化锆基，GDC为钆掺杂氧化铈，BZCY为钡锆铈钇。需要说明的是，本发明中所选用的阴极、阳极以及电解质材料可选用常用的材料，在本发明中对此不作限定，并且，在实际制备过程中，具体的阳极、电解质、阴极的铺盖面积可根据实际要求进行调整，在本发明中不做限定。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。

以上对本发明所提供的一种金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构，其特征在于，所述结构由多个单电池集成单元组成；

所述单电池集成单元包括支撑底座、多个微管单电池以及多个导电弹性金属板；

所述支撑底座包括单电池支撑底座和导电弹性金属板支撑底座；所述单电池支撑底座用于固定所述多个微管单电池；所述导电弹性金属板支撑底座用于固定所述多个导电弹性金属板；

所述多个微管单电池与所述多个导电弹性金属板交替排列；

所述导电弹性金属板与单个微管单电池的阴极接触，用于汇集单个微管单电池的阴极的电流。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述单电池支撑底座用于多个微管单电池中各个微管单电池阳极的电流的收集和导入。

3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述导电弹性金属板支撑底座用于收集并导出所述多个微管单电池中各个微管单电池阴极的电流。

4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述单电池支撑底座与所述导电弹性金属板支撑底座之间设置有绝缘层。

5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述单电池支撑底座上设置有多个插孔，所述单电池支撑底座内开通有燃料气道；所述多个插孔分别与所述燃料气道连通；

所述微管单电池包括开口端、封闭端；所述开口端放置于所述插孔中，并与所述燃料气道接通。

6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，每个所述单电池集成单元中的微管单电池的个数为5个～30个。

7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，多个微管单电池通过导电弹性金属板连接，得到由所述多个微管单电池的并联集成的所述单电池集成单元；

其中，所述导电弹性金属板为银、镍和铁铬铁素体不锈钢中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述微管单电池由多孔金属薄壁支撑管、阳极、电解质和阴极组成；

其中，所述多孔金属薄壁支撑管的内直径为3mm～12mm，所述多孔金属薄壁支撑管的长度为50mm～500mm。

9.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构放置在保温保压外壳内。

10.根据权利要求9所述的结构，其特征在于，所述保温保压外壳中设有托架，所述金属支撑型微管固体氧化物燃料电池堆结构中的每个所述单电池集成单元的所述支撑底座放置于所述托架上。

Images