CN113517453A - 一种电池/电解池的连接体及电池/电解池组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池/电解池的连接体及电池/电解池组件，该连接体的结构为一体化结构，包括多种气体流道结构，多种气体流道结构至少包括还原性气体流道结构和氧化性气体流道结构，以及用于调节电池/电解池内部的温度的温控气体流道结构；其中，还原性气体流道结构、温控气体流道结构和氧化性气体流道结构，两两结构之间的气体互不渗透。本发明提供的连接体，当SOFC/SOEC启动时，通过在温控气体流道结构中通入高温气体对SOFC/SOEC快速均匀预热，实现SOFC/SOEC快速启动；在SOFC/SOEC运行过程中，通过在温控气体流道结构中通入温度及流量可控的气体，可达到运行过程中SOFC/SOEC温度均匀的目的。因此，本发明提供的连接体可快速调控SOFC/SOEC在启动和运行中的温度，提升了SOFC/SOEC内部的热管理。

Description

一种电池/电解池的连接体及电池/电解池组件
技术领域
本发明涉及能源技术领域，特别是涉及一种电池/电解池的连接体及电池/电解池组件。
背景技术
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell简称SOFC)是一种直接把燃料中的化学能转化为电能的发电装置，由于避免了燃料燃烧的过程，即不涉及卡诺循环，因此SOFC具有清洁，无噪音，发电效率高的特点。SOFC主要的组元包括阳极、阴极、电解质和连接体。固体氧化物燃料电解池(Solid Oxide Electrolysis Cell简称SOEC)与固体氧化物燃料电池的结构相同，与固体氧化物燃料电池的内部反应互逆，是一种先进的电化学能量转化装置。
由于SOFC/SOEC运行温度较高，一般在600-800℃，因此将SOFC/SOEC从正常状态到工作状态需要一个预热启动过程，所需启动时间较长。目前加热启动的方式一般有两种。一种是采用电炉加热，在炉膛内，先将外表面加热至所需温度，通过热传导将整个SOFC/SOEC加热至所需温度。另一种是通过直接加热阳极或阴极气体，采用气体预热。第一种方式所需预热时间较长，启动过慢，内外温差较大，由于燃料电池各个部件材料不同，热膨胀系数不同，当结构内部出现温度不均匀时，会破坏各个部件的连接。第二种方式中，预热的气体是直接作用在阴阳极陶瓷功能层上，然而陶瓷导热较慢，易出现温度梯度，从而导致界面连接出现问题。同时，在电池运行工作过程中，SOFC/SOEC内部由于化学反应放热或吸热，会出现过热或欠热等温度分布不均匀的现象，这种现象会导致SOFC/SOEC性能下降，稳定性变差，寿命缩短甚至直接损坏SOFC/SOEC。即，这两种现有方法均无法实现SOFC/SOEC内部的热管理。
因此，SOFC/SOEC的快速启动及运行过程中的热管理仍然是本领域亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明提供了一种电池/电解池的连接体及电池/电解池组件。通过该连接体，可优化SOFC/SOEC的启动周期和运行中的热管理，以解决现有SOFC/SOEC在实际应用过程中存在的SOFC/SOEC预热时间较长、启动过慢以及在运行过程中热管理复杂的问题，达到优化SOFC/SOEC性能、提高使用寿命、减少耗能的目的。
第一方面，本发明提供了一种电池/电解池的连接体，所述连接体的结构为一体化结构，所述结构包括多种气体流道结构，所述多种气体流道结构至少包括还原性气体流道结构和氧化性气体流道结构，以及用于调节电池/电解池内部的温度的温控气体流道结构；
其中，所述还原性气体流道结构、所述温控气体流道结构和所述氧化性气体流道结构，两两结构之间的气体互不渗透。
第二方面，本发明提供了一种电池/电解池组件，所述电池/电解池组件为包括上述第一方面所述的连接体的电池/电解池；或
所述电池/电解池组件为包括上述第一方面所述的连接体的电池/电解池堆。
本发明提供了一种电池/电解池的连接体及电池/电解池组件，该连接体的结构为一体化结构，包括多种气体流道结构，多种气体流道结构至少包括还原性气体流道结构和氧化性气体流道结构，以及用于调节电池/电解池内部的温度的温控气体流道结构；其中，还原性气体流道结构、温控气体流道结构和氧化性气体流道结构，两两结构之间的气体互不渗透。本发明提供的连接体相对于现有连接体，具有以下有益效果：
本发明提供的连接体，在还原性气体流道侧和氧化性气体流道侧之间设置了一层温控气体流道，在SOFC/SOEC的启动过程中，通过在该温控气体流道中通入高温气体，即可对SOFC/SOEC进行快速均匀的预热，实现SOFC/SOEC快速启动；在SOFC/SOEC的运行过程中，SOFC/SOEC内部由于化学反应放热或吸热，会出现过热或欠热等温度分布不均匀的现象，这种现象会导致SOFC/SOEC性能下降，稳定性变差，寿命缩短甚至直接损坏SOFC/SOEC。而通过在温控气体流道中通入温度及流量可控的气体，可实现SOFC/SOEC在工作过程的热管理。因此，本发明提供的连接体，通过在还原性气体流道侧和氧化性气体流道侧之间设置温控气体流道，即可实现对SOFC/SOEC的快速启动，又可提升了SOFC/SOEC在工作过程中的内部热管理。
附图说明
图1示出了本发明实施例中第一种连接体整体结构的分层图(还原性气体侧)；
图2示出了本发明实施例中第一种连接体整体结构的截面图；
图3示出了本发明实施例中第一种连接体结构中温控气体流道结构的展示图；
图4示出了本发明实施例中第一种连接体结构整体结构的分层图(氧化性气体侧)；
图5示出了本发明实施例中第二种连接体整体结构的分层图(还原性气体侧)；
图6示出了本发明实施例中第二种连接体整体结构的截面图；
图7示出了本发明实施例中第二种连接体结构中温控气体流道结构的展示图；
图8示出了本发明实施例中第二种连接体结构整体结构的分层图(氧化性气体侧)；
图9示出了本发明实施例中第三种连接体结构的一个整体结构截面图；
图10示出了本发明实施例中第三种连接体结构的整体图(还原性气体侧)；
图11示出了实施例中第三种连接体结构的另一个整体结构截面图；
图12示出了实施例中第三种连接体结构的整体图(氧化性气体侧)；
图13示出了实施例中第四种连接体结构的截面图；
图14示出了实施例中第五种连接体结构的截面图。
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。
为了解决SOFC/SOEC存在的启动时间过长和在运行过程中热管理复杂等问题，本发明实施例提出的技术构思为：通过在SOFC/SOEC结构内部，对SOFC/SOEC整体结构进行加热或降温，可实现整体结构的均匀快速的加热或降温，从而实现SOFC/SOEC的快速启动和提升SOFC/SOEC在运行过程中的热管理。基于该技术构思，本发明实施例提供了一种电池/电解池的连接体及电池/电解池组件。具体内容如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种电池/电解池的连接体，该连接体的结构为一体化结构。该一体化结构是指：无子部件连接缝隙的整体结构，且在制备时是一次成型的。该一体化结构包括多种气体流道结构。
本实施例中，这些多种气体流道结构至少包括还原性气体流道结构、氧化性气体流道结构以及用于调节电池/电解池内部的温度的温控气体流道结构。
其中，温控气体流道结构中流经的气体为温度可控及流量可控的气体。相应地，温控气体流道结构，可以根据电池/电解池内部实时的温度分布情况，来调控通入的气体的实际温度和/或流量，以达到调控电池/电解池内部温度的目的。具体的实施过程，可为以下几种情况：
情况1，电池/电解池当前处于启动阶段时，则向温控气体流道结构中以高流量通入高温气体，然后高温气体通过温控气体流道结构对电池/电解池的内部进行快速均匀的升温，以使电池/电解池快速启动。在具体实施时，气体的流量也可根据操作者的实际需求(如升温速度、能耗等)进行调整，在本实施例中，不做具体限定。
情况2，电池/电解池当前处于运行阶段且电池/电解池内部的温度过高时，则向温控气体流道结构中以高流量通入低温气体，然后低温气体通过温控气体流道结构对电池/电解池的内部进行快速均匀的降温，以使电池/电解池实现内部温度的自主热管理。在具体实施时，同上，气体的流量也可根据操作者的实际需求(如升温速度、能耗等)进行调整，在本实施例中，不做具体限定。
情况3，电池/电解池当前处于运行阶段且电池/电解池内部的温度正常，不影响电池/电解池的性能，则可以停止向温控气体流道结构中通入气体。
情况4，电池/电解池当前处于运行阶段且电池/电解池内部的温度过低时，则可以继续向温控气体流道结构中按照一定的流量通入高温气体，以提高电池/电解池内部的温度，使电池/电解池内部的反应正常进行。在具体实施时，同上，气体的流量也可根据操作者的实际需求(如升温速度、能耗等)进行调整，在本实施例中，不做具体限定。
由上述可知，当电池/电解池是基于本发明实施例提供的连接体组装而成的时候，可通过控制向该连接体的温控气体流道结构中通入气体的温度和流量，来使电池/电解池实现结构内部的热管理。因此，在电池/电解池的实际使用过程中，可通过本发明实施例提供的连接体，实现结构内部的热管理。
在本实施例中，在电池/电解池的运行阶段中，温控气体流道结构中通入的气体组分，具体可以包括但不限定于还原性气体组分、氧化性气体组分、惰性气体。
在本实施例中，在电池/电解池的启动阶段，温控气体流道结构中通入的气体，其温度的高低是可以调控的；在电池/电解池的运行阶段，温控气体流道结构中通入的气体，其流量及温度的大小也是可以调控的。其中，调控时的具体调控数据，可根据电池/电解池的具体温度需求进行确定。
本实施例提供的该连接体中，还原性气体流道结构、温控气体流道结构和氧化性气体流道结构相互独立，且两两结构之间的气体互不渗透。例如，在各个气体流道结构中通气体时，还原性气体流道结构中还原性气体不会流入或渗入氧化性气体流道结构中，也不会流入或渗入温控气体流道结构中；氧化性气体流道结构中氧化性气体不会流入或渗入还原性气体流道结构中，也不会流入或渗入温控气体流道结构中；温控气体流道结构中温控气体不会流入或渗入氧化性气体流道结构中，也不会流入或渗入还原性气体流道结构中。
本实施例中，可选地，在一体化结构中，温控气体流道结构位于还原性气体流道结构与氧化性气体流道结构之间；或者，还原性气体流道结构与氧化性气体流道结构相对设置，然后温控气体流道结构与还原性气体流道结构互嵌。
为了降低组成电池/电解池堆整体体积及成本，本实施例中，可选地，连接体的总厚度为3-8mm。
为了使电池/电解池能快速启动或更优地进行热管理，本实例中需要对温控气体流道结构中气体可流通的区域面积进行设定。在本实施例中，温控气体流道结构中的气体可流通的区域面积占整个连接体横截面面积的30-80％。其中，该横截面是指与温控气体流道结构中气体流向所属平面方向一致的截面。
另一方面，为了确保电池/电解池的性能，本实例中需要对还原性气体流道结构和氧化性气体流道结构中气体可流通的区域面积都进行了设定。在本实施例中，还原性气体流道结构中的气体可流通的区域面积占连接体横截面面积的30-80％；氧化性气体流道结构中的气体可流通的区域面积占连接体横截面面积的30-80％。其中，横截面均是指与相应气体流道结构中气体流向所属平面方向一致的截面。
本实施例中，可选地，还原性气体流道结构包括：第一气体入口、第一气体分配区、第一气体反应区、第一气体流出区、第一气体出口。
其中，第一气体分配区和第一气体流出区的深度，均大于第一气体反应区的深度，且大于值为0.1-1mm。
第一气体反应区由第一反应区流道和第一反应区支撑体组成。第一反应区支撑体由多个第一支撑单体组成。多个第一支撑单体呈点阵分布。第一支撑单体的形状为圆柱形桥墩状、立方体状、实心条状或中空条状。
本实施例中，可选地，温控气体流道结构包括：第二气体入口、第二气体分配区、第二气体反应区、第二气体流出区、第二气体出口。
其中，第二气体分配区和第二气体流出区的深度，均大于第二气体反应区的深度，且大于值为0.1-1mm。
第二气体反应区由第二反应区流道和第二反应区支撑体组成。第二反应区支撑体由多个第二支撑单体组成。多个第二支撑单体呈点阵分布。第二支撑单体的形状为圆柱形桥墩状、立方体状、实心条状或中空条状。
本实施例中，可选地，氧化性气体流道结构包括：第三气体入口、第三气体反应区、第三气体流出区。
第三气体反应区由第三反应区流道和第三反应区支撑体组成。第三反应区支撑体由多个第三支撑单体组成。多个第三支撑单体呈点阵分布。第三支撑单体的形状为圆柱形桥墩状、立方体状、实心条状或中空条状。
本实施例中，可选地，多种气体流道结构中的每种气体流道结构包括分布四周的连接区域和中部的气体流道区域。气体流道区域由气体流道成形材料制成。其中，气体流道成形材料包括碳酸氢铵、聚甲基丙烯酸甲酯和淀粉中的任意一种。
当连接体应用于金属支撑型固体氧化物燃料电池/电解池时；连接区域由导电金属材料制成；其中，导电金属材料包括铁铬合金、镍铬合金、镍铁合金、铬及铬合金中的任意一种。
当连接体通用于不同类型平板状固体氧化物燃料电池/电解池时；连接区域由导电金属陶瓷或导电陶瓷材料制成；其中，导电陶瓷包括掺杂铬酸镧、掺杂锰酸镧、掺杂钛酸镧、碳化钛和碳化硅中的任意一种，导电金属陶瓷是金属与陶瓷的混合物。
本实施例中，可选地，当连接体通用于不同类型平板状固体氧化物燃料电池/电解池时；连接体还包括贯穿多种气体流道结构的第一入口卡槽、第一出口卡槽、第二入口卡槽、第二出口卡槽、第三入口卡槽和第三出口卡槽。
其中，多种气体流道结构中任一气体流道结构中的气体入口所连接的气体入口卡槽，不同于其他气体流道结构中的气体入口所连接的气体入口卡槽；多种气体流道结构中任一气体流道结构中的气体出口所连接的气体出口卡槽，不同于其他气体流道结构中的气体出口所连接的气体出口卡槽。
本实施例中，第一入口卡槽与第一气体入口连通，第一出口卡槽与第一气体出口连通。第二入口卡槽与第二气体入口连通，第二出口卡槽与第二气体出口连通。
其中，氧化性气体流道结构还包括第三气体出口，第三入口卡槽与第三气体入口连通，第三出口卡槽与第三气体出口连通。
本实施例中，连接体是通过增材制造、粉末冶金、多层共烧等方法制备的。
为将本发明结构、特征、目的更加清楚描述，以下选取多种本发明的优选结构并结合附图，对本发明实施例提供的连接体结构进行进一步清楚完整的描述。其中，由于固体氧化物燃料电池和固体氧化物燃料电解池的结构相同，因此，下述各实施例皆以固体氧化物燃料电池结构为例，进行描述，而关于电解池的结构则不做赘述。
优选结构展示例1：
图1-图4描述了第一种连接体结构，适用于金属支撑型固体氧化物燃料电池。
图1示出了本发明实施例中第一种连接体整体结构的分层图，该图是从还原性气体侧进行展示的。实际上，图1为本发明提供的一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体结构示意图，该连接体为一体化结构，而为使每层结构更加清晰，如图1所示，图中采用了分层显示的方式。
如图1所示，该连接体为一块包含三种气体流道结构的导电体，这三种气体流道结构分别为阳极侧的还原性气体流道结构(1)、阴极侧的氧化性气体流道结构(3)以及内部层的用于调节电池/电解池内部的温度的温控气体流道结构(2)，其截面如图2所示。
如图1所示，连接体的一侧设置为还原性气体流道结构(1)，另一侧设置为氧化性气体流道结构(3)，而温控气体流道结构(2)设置在还原性气体流道结构(1)与氧化性气体流道结构(3)之间。由图1可知，这三种气体流道结构分别对应的三种气体流道是相互独立的(即还原性气体流道仅设于还原气体流道结构(1)中，氧化性气体流道仅设于氧化性气体流道结构(3)，温控气体流道仅设于温控气体流道结构(2)中，这三种流道互相独立)，当三种气体流道内有气体流过时，每种流道内的气体在连接体内不渗透。
以下分别对这三种气体流道结构进行阐述。
请继续参考图1，还原性气体流道结构(1)包括：第一气体入口(1-1)、第一气体分配区(1-2)、第一气体反应区(1-3)、第一气体流出区(1-4)、第一气体出口(1-5)。具体如下：
第一气体入口(1-1)的直连通道为圆柱形进气管，与气体输入管道接通。
第一气体分配区(1-2)为与第一气体入口(1-1)和第一气体反应区(1-3)均相连通的凹槽区域，该凹槽区域的中部矩形凹槽，该凹槽区域中，与第一气体入口(1-1)相对的一端为半圆结构凹槽。
第一气体反应区(1-3)由第一反应区支撑体(1-6)和第一反应区流道(1-7)组成。其中，第一反应区支撑体(1-6)由多个第一支撑单体组成。多个第一支撑单体呈点阵分布。这些第一支撑单体的形状为圆柱形桥墩状。
本实施例中，为了使得气体更均匀的分配到反应区的各个区域中，第一气体分配区(1-2)凹槽的深度需大于第一气体反应区(1-3)的深度，这样，气体进入第一气体分配区(1-2)后会先布满凹槽的底部，然后再从凹槽中以相同流速、流量流入(即均匀分配)第一气体反应区(1-3)。
第一气体流出区(1-4)为与第一气体反应区(1-3)和第一气体出口(1-5)相连通的凹槽区域，该凹槽区域的中部矩形凹槽，该凹槽区域中，与第一气体出口(1-5)相对的一端为半圆结构凹槽。本实施例中，为了使反应后的气体更快速的流出，以降低反应后的气体对该侧反应的影响，第一气体流出区(1-4)凹槽的深度也大于第一气体反应区(1-3)的深度。
第一气体出口(1-5)为圆柱形进气管，与气体输出管道接通。
具体实施时，还原性气体从第一气体入口(1-1)输入，汇集在入口侧的第一气体分配区(1-2)中；然后，还原性气体在第一气体分配区(1-2)中均匀分配至第一气体反应区(1-3)；接着，还原性气体在第一气体反应区(1-3)中参与该侧反应，反应后气体流入出口侧的第一气体流出区(1-4)，由于第一气体流出区(1-4)的深度大于第一气体反应区(1-3)的深度，因而，反应后的气体在第一气体流出区(1-4)中汇集；最后，气体通过第一气体出口(1-5)流出。
请参考图3，温控气体流道结构(2)包括：第二气体入口(2-1)和(2-2)、第二气体分配区(2-3)、第二气体反应区(2-4)、第二气体流出区(2-5)、第二气体出口(2-6)和(2-7)。具体如下：
第二气体入口(2-1)和(2-2)分别位于温控气体流道结构一侧的两端，其直连通道均为圆柱形进气管，并分别与两个气体输入管道接通。
第二气体分配区(2-3)为与第二气体入口(2-1)、(2-2)和第二气体反应区(2-4)均相连通的凹槽区域，该凹槽区域为底部呈矩形的凹槽。
第二气体反应区(2-4)由第二反应区流道(2-8)和第二反应区支撑体(2-9)组成。其中，第二反应区支撑体(2-9)由多个第二支撑单体组成。多个第二支撑单体呈点阵分布。这些第二支撑单体的形状为实心条形。
本实施例中，为了使得气体更均匀的分配到反应区的各个区域中，第二气体分配区(2-3)凹槽的深度需大于第二气体反应区(2-4)的深度，这样，气体进入第二气体分配区(2-3)后会先布满凹槽的底部，然后再从凹槽中以相同流速、流量流入(即均匀分配)第二气体反应区(2-4)。
第二气体流出区(2-5)为与第二气体反应区(2-4)和第二气体出口(2-6)、(2-7)均相连通的凹槽区域，该凹槽区域为底部呈矩形的凹槽。本实施例中，为了使作用后的气体更快速的流出，以降低作用后的气体对结构温度的逆作用，第二气体流出区(2-5)凹槽的深度大于第二气体反应区(2-4)的深度。
第二气体出口(2-6)和(2-7)分别位于温控气体流道结构另一侧的两端，其直连通道为圆柱形进气管，与气体输出管道接通。
具体实施时，温控气体从第二气体入口(2-1)和(2-2)输入，汇集在入口侧的第二气体分配区(2-3)中；然后，温控气体在第二气体分配区(2-3)中均匀分配至第二气体反应区(2-4)；接着，当温控气体是高温气体时，则高温气体在第二气体反应区(2-4)中对整个结构进行均匀快速预热，当温控气体是低温气体时，低温气体在第二气体反应区(2-4)中带走多余热量，作用后的气体流入出口侧的第二气体流出区(2-5)，由于第二气体流出区(2-5)的深度大于第二气体反应区(2-4)的深度，因而，反应后的气体在第二气体流出区(2-5)中汇集；最后，气体通过第二气体出口(2-6)和(2-7)流出。
请参考图4，氧化性气体流道结构(3)包括：第三气体入口(3-1)和(3-2)、第三气体分配区(3-3)、第三气体反应区(3-4)和(3-5)、第三气体出口。具体如下：
第三气体入口位于氧化性气体流道结构(3)的中部，其包括两个分别位于该结构两侧的入口3-1和3-2。第三气体入口(3-1)和(3-2)的直连通道均为圆柱形进气管，分别与两个气体输入管道接通。
第三气体分配区(3-3)为与第三气体入口(3-1)、(3-2)和第三气体反应区均相连通且位于3-1和3-2之间的凹槽区域，该凹槽区域为底部为矩形的凹槽。
由于第三气体入口(3-1)和(3-2)位于氧化性气体流道结构(3)的中部，因而第三气体反应区则包括分别位于第三气体分配区(3-3)两侧的反应区(3-4)和(3-5)。本实施例中，反应区(3-4)和(3-5)的结构设置相同。第三气体反应区由第三反应区支撑体(3-6)和第三反应区流道(3-7)组成。其中，第三反应区支撑体(3-6)由多个第三支撑单体组成。多个第三支撑单体呈点阵分布。这些第一支撑单体的形状为圆柱形桥墩状。
本实施例中，为了使得气体更均匀的分配到反应区的各个区域中，第三气体分配区(3-3)凹槽的深度需大于第三气体反应区(3-4)和(3-5)的深度，这样，气体进入第三气体分配区(3-3)后会先布满凹槽的底部，然后再从凹槽中以相同流速、流量流入(即均匀分配)第三气体反应区(3-4)和(3-5)。
本实施例的氧化性气体流道结构(3)中，第三气体反应区(3-4)和(3-5)的四周均为气体流出区域。再结合图2可知，在氧化性气体流道结构层(3)中，第三反应区支撑体(3-6)是高于第三气体反应区四周(3-8)的，因而气体可从第三气体反应区的四周均为气体流出。
具体实施时，氧化性气体从第三气体入口(3-1)和(3-2)输入，汇集在两入口之间的第三气体分配区(3-3)中；然后，氧化性气体在第三气体分配区(3-3)中均匀分配至第三气体反应区(3-4)和(3-5)；接着，氧化性气体在第三气体反应区(3-4)和(3-5)中参与该侧反应，反应后气体直接从第三气体反应区(3-4)和(3-5)周围流出。而第三气体流出区可以理解为第三气体反应区周围的气体流出区。
优选结构展示例2：
图5-图8描述了第二种连接体结构，通用不同类型平板状固体氧化物燃料电池/电解池。
图5示出了本发明实施例中第二种连接体整体结构的分层图(还原性气体侧)。参考图5，该连接体为一体化结构，为使每层结构更加清晰，图中采用了分层显示的方式。
该连接体为一块包含三种气体流道结构的导电体，这三种气体流道结构分别为阳极侧的还原性气体流道结构(1’)、阴极侧的氧化性气体流道结构(3’)以及内部层的用于调节电池/电解池内部的温度的温控气体流道结构(2’)，其截面如图6所示。
该结构与优选结构展示例1中展示的结构相似，其中相同的部分在此不做赘述，请参考优选结构展示例1中的表述。而本实施例提供的优选结构，与优选结构展示例1提供的优选结构的不同之处如下：
首先，该连接体还包括贯穿多种气体流道结构的六种卡槽，分别为第一入口卡槽(4’)、第一出口卡槽(7’)、第二入口卡槽(6’)、第二出口卡槽(9’)、第三入口卡槽(5’)和第三出口卡槽(8’)。
在此，需要说明的是，由于本连接体为一体化结构(请参考图6)，且这些卡槽是直接穿透该结构的，因而图5中只在阳极侧(即还原性气体流道结构(1’)进行了各个卡槽的标注，但是应当理解的是，在氧化性气体流道结构(3’)和温控气体流道结构(2’)中的相应位置出现的卡槽均与阳极侧中的各个卡槽位置相对应。包含各卡槽的整体结构可参考图6。
其中，氧化性气体流道结构(3’)还包括第三气体出口(3’-6)，第三入口卡槽(5’)与第三气体入口(3’-1)连通，第三出口卡槽(8’)与第三气体出口(3’-6)连通。
以下分别对该连接体的三种气体流道结构进行阐述。
请继续参考图5，还原性气体流道结构(1’)包括：第一气体入口(1’-1)、第一气体分配区(1’-2)、第一气体反应区(1’-3)、第一气体流出区(1’-4)、第一气体出口(1’-5)。具体如下：
第一气体入口(1’-1)与第一入口卡槽(4’)连通，第一入口卡槽(4’)与气体输入管道接通。
第一气体分配区(1’-2)为与第一气体入口(1’-1)和第一气体反应区(1’-3)均相连通的凹槽区域，该凹槽区域的中部矩形凹槽，该凹槽区域中，与第一气体入口(1’-1)相对的一端为半圆结构凹槽。
第一气体反应区(1’-3)与优选结构展示例1中展示的第一气体反应区(1-3)结构相同，在此不做赘述。并且，本实施例中，为了使得气体更均匀的分配到反应区的各个区域中，第一气体分配区(1-2)凹槽的深度也大于第一气体反应区(1-3)的深度。
第一气体流出区(1’-4)与优选结构展示例1中展示的第一气体反应区(1-4)结构相同，在此不做赘述。并且，本实施例中，为了使反应后的气体更快速的流出，以降低反应后的气体对该侧反应的影响，第一气体流出区(1’-4)凹槽的深度也大于第一气体反应区(1’-3)的深度。
第一气体出口(1’-5)与第一出口卡槽(7’)连通，第一出口卡槽(7’)与气体输出管道接通。
具体实施时，还原性气体从第一气体入口(1’-1)输入，汇集在入口侧的第一气体分配区(1’-2)中；然后，还原性气体在第一气体分配区(1’-2)中均匀分配至第一气体反应区(1’-3)；接着，还原性气体在第一气体反应区(1’-3)中参与该侧反应，反应后气体流入出口侧的第一气体流出区(1’-4)，由于第一气体流出区(1’-4)的深度大于第一气体反应区(1’-3)的深度，因而，反应后的气体在第一气体流出区(1’-4)中汇集；最后，气体通过第一气体出口(1’-5)流出。
请参考图7，温控气体流道结构(2’)包括：第二气体入口(2’-1)、第二气体分配区(2’-2)、第二气体反应区(2’-3)、第二气体流出区(2’-4)、第二气体出口(2’-5)。具体如下：
第二气体入口(2’-1)与第二入口卡槽(6’)连通，第二入口卡槽(6’)与气体输入管道接通。
第二气体分配区(2’-2)为与第二气体入口(2’-1)和第二气体反应区(2’-3)均相连通的凹槽区域。该凹槽区域的中部矩形凹槽，该凹槽区域中，与第二气体入口(2’-1)相对的一端为半圆结构凹槽。
第二气体反应区(2’-3)与优选结构展示例1中展示的第二气体反应区(2-4)结构相似，其区别为：第二支撑单体的形状为实心短条状。并且，本实施例中，为了使得气体更均匀的分配到反应区的各个区域中，第二气体分配区(2’-2)凹槽的深度也大于第二气体反应区(2’-3)的深度。
第二气体流出区(2’-4)为与第二气体反应区(2’-3)和第二气体出口(2’-5)均相连通的凹槽区域。该凹槽区域的中部矩形凹槽，该凹槽区域中，与第二气体入口(2’-1)相对的一端为半圆结构凹槽。并且，本实施例中，为了使反应后的气体更快速的流出，以降低反应后的气体对该侧反应的影响，第一气体流出区(1’-4)凹槽的深度也大于第一气体反应区(1’-3)的深度。
第二气体出口(2’-5)与第二出口卡槽(9’)相连通，第二出口卡槽(9’)与气体输出管道接通。
具体实施时，温控气体从第二气体入口(2’-1)输入，汇集在入口侧的第二气体分配区(2’-2)中；然后，温控气体在第二气体分配区(2’-2)中均匀分配至第二气体反应区(2’-3)；接着，当温控气体是高温气体时，则高温气体在第二气体反应区(2’-3)中对整个结构进行均匀快速预热，当温控气体是低温气体时，低温气体在第二气体反应区(2’-3)中带走多余热量，作用后的气体流入出口侧的第二气体流出区(2’-4)，由于第二气体流出区(2’-4)的深度大于第二气体反应区(2’-3)的深度，因而，反应后的气体在第二气体流出区(2’-4)中汇集；最后，气体通过第二气体出口(2’-5)流出。
请参考图8，氧化性气体流道结构(3’)包括：第三气体入口(3’-1)、第三气体分配区(3’-2)、第三气体反应区(3’-3)、第三气体流出区(3’-4)和第三气体出口(3’-5)。具体如下：
第三气体入口(3’-1)位于氧化性气体流道结构(3’)的一侧，并与第三入口卡槽(5’)连通。第三入口卡槽(5’)与气体输入管道接通。
第三气体分配区(3’-2)为与第三气体入口(3’-1)和第三气体反应区(3’-3)均相连通且位于3’-1和3’-3之间的凹槽区域。
第三气体反应区(3’-3)由第三反应区流道和第三反应区支撑体组成。其中，第三反应区支撑体由多个第三支撑单体组成。多个第三支撑单体呈点阵分布。这些第三支撑单体的形状为实心条形。
本实施例中，为了使得气体更均匀的分配到反应区的各个区域中，第三气体分配区(3’-2)凹槽的深度需大于第三气体反应区(3’-3)的深度，这样，气体进入第三气体分配区(3’-2)后会先布满凹槽的底部，然后再从凹槽中以相同流速、流量流入(即均匀分配)第三气体反应区(3’-3)。
第三气体出口(3’-5)与第三出口卡槽(8’)连通。第三出口卡槽(8’)与气体输出管道接通。
具体实施时，氧化性气体从第三气体入口(3’-1)输入，汇集在入口侧第三气体分配区(3’-2)中；然后，氧化性气体在第三气体分配区(3’-2)中均匀分配至第三气体反应区(3’-3)；接着，氧化性气体在第三气体反应区(3’-3)中参与该侧反应，反应后的气体流入出口侧的第三气体流出区(3’-4)，由于第三气体流出区(3’-4)的深度大于第三气体反应区(3’-3)的深度，因而，反应后的气体在第三气体流出区(3’-4)中汇集；最后，气体通过第三气体出口(3’-5)流出。
优选结构展示例3：
图9-图12描述了第三种连接体结构，该连接体结构是一种带有中间流道的轻量化设计的连接体。此种结构通过将还原性气体侧流道和内部气体流道互嵌来减薄连接体整体厚度，实现连接体的轻量化制备，降低成本。
示出了本发明实施例中第三种连接体结构整体结构截面图。参考图9，图9中标注1"为还原性气体侧的还原性气体流道结构，与还原性气体流道结构相嵌的是温控气体流道结构(图9中标注2")，相对的是氧化性气体侧的氧化性气体流道结构(图9中标注3")。
参考图9，该连接体为一块包含三种气体流道的导电体，截面如图9所示。该连接体的一侧设置为还原性气体流道结构(图9标注1")；另一侧设置为氧化性气体流道结构图标注(图9标注3")。该连接体内部也包含有温控气体流道结构(图9标注2")，不同于上述两种连接体结构的是：该温控气体流道结构的温控气体流道与还原性气体流道结构中的还原性气体流道呈相嵌式分布。
与上述两种连接体结构相同的是：这三种气体流道相互独立，三种气体流道内有气体流过时，每种流道内的气体在连接体内不渗透。
以下分别对该连接体结构中的这三种气体流道结构进行阐述。
图10示出了本发明实施例中第三种连接体结构的整体图(还原性气体侧)。请参考图10，该连接体的还原性气体流道结构包括：第一气体入口(1"-1)、第一气体分配区(1"-2)、第一气体反应区(1"-3)、第一气体流出区(1"-4)、第一气体出口(1"-5)。
第一气体入口(1"-1)的直连通道为圆柱形进气管，与气体输入管道接通。
第一气体分配区(1"-2)为与第一气体入口(1"-1)和第一气体反应区(1"-3)均相连通的凹槽区域。该凹槽区域的形状为矩形凹槽形状。
第一气体反应区(1"-3)由第一反应区支撑体和第一反应区流道组成。其中，第一反应区支撑体由多个第一支撑单体组成。多个第一支撑单体呈点阵分布。这些第一支撑单体的形状为空心长条状。其中，该空心长条状中的空心区域为温控气体的流道。
本实施例中，为了使得气体更均匀的分配到反应区的各个区域中，第一气体分配区(1"-2)凹槽的深度需大于第一气体反应区(1"-3)的深度，这样，气体进入第一气体分配区(1"-2)后会先布满凹槽的底部，然后再从凹槽中以相同流速、流量流入(即均匀分配)第一气体反应区(1"-3)。
第一气体流出区(1"-4)为与第一气体反应区(1"-3)和第一气体出口(1"-5)相连通的凹槽区域。该凹槽区域的形状为矩形凹槽形状。
本实施例中，为了使反应后的气体更快速的流出，以降低反应后的气体对该侧反应的影响，第一气体流出区(1"-4)凹槽的深度也大于第一气体反应区(1"-3)的深度。
第一气体出口(1"-5)为圆柱形进气管，与气体输出管道接通。
具体实施时，还原性气体从第一气体入口(1"-1)输入，汇集在入口侧的第一气体分配区(1"-2)中；然后，还原性气体在第一气体分配区(1"-2)中均匀分配至第一气体反应区(1"-3)；接着，还原性气体在第一气体反应区(1-3)中参与该侧反应，反应后气体流入出口侧的第一气体流出区(1"-4)，由于第一气体流出区(1"-4)的深度大于第一气体反应区(1"-3)的深度，因而，反应后的气体在第一气体流出区(1"-4)中汇集；最后，气体通过第一气体出口(1"-5)流出。
由于该连接体的温控气体流道结构与还原性气体流道结构互嵌，不能直接分层展示，因此发明人通过图9-12进行分图展示温控气体流道结构中的各个部分结构。图11示出了实施例中第三种连接体结构整体结构的截面图。图12示出了实施例中第三种连接体结构的整体图(氧化性气体侧)。
请结合图9-12进行综合参考。由图9-12可知，温控气体流道结构(2”)包括：第二气体入口(2”-1)、第二气体分配区(2”-2)、第二气体反应区(2”-3)、第二气体流出区(2”-4)、第二气体出口(2”-5)。
其中，第二气体入口(2”-1)与第一气体入口(1”-1)位于同一侧，因而在图11中仅能示出一个小圆圈(即第二气体分配区(2”-2)中出现的小圆圈)，因而并未在图11中进行批注。各个部分结构的具体结构特征如下：
第二气体入口(2”-1)位于温控气体流道结构一侧的一端，其直连通道均为圆柱形进气管，与两个气体输入管道接通。
第二气体分配区(2”-2)为与第二气体入口(2”-1)和第二气体反应区(2”-3)相连通的凹槽区域，该凹槽区域为底部呈矩形的凹槽。
第二气体反应区(2”-3)为与第二气体分配区(2”-2)和第二气体流出区(2”-4)均相连通的由多条平行排列的矩形凹槽组成的区域。
本实施例中，为了使得气体更均匀的分配到反应区的各个区域中，第二气体分配区(2”-2)凹槽的深度需大于第二气体反应区(2”-3)的深度，这样，气体进入第二气体分配区(2”-2)后会先布满凹槽的底部，然后再从凹槽中以相同流速、流量流入(即均匀分配)第二气体反应区(2”-3)。
第二气体流出区(2”-4)为与第二气体反应区(2”-3)和第二气体出口(2”-5)均相连通的凹槽区域，该凹槽区域为底部呈矩形的凹槽。本实施例中，为了使作用后的气体更快速的流出，以降低作用后的气体对结构温度的逆作用，第二气体流出区(2”-4)凹槽的深度大于第二气体反应区(2”-3)的深度。
第二气体出口(2”-5)位于温控气体流道结构另一侧的另一端，与第二气体入口(2”-1)呈对角线式相对。其直连通道为圆柱形进气管，与气体输出管道接通。
具体实施时，温控气体从第二气体入口(2”-1)输入，汇集在入口侧的第二气体分配区(2”-2)中；然后，温控气体在第二气体分配区(2”-2)中均匀分配至第二气体反应区(2”-3)；接着，当温控气体是高温气体时，则高温气体在第二气体反应区(2”-3)中对整个结构进行均匀快速预热，当温控气体是低温气体时，低温气体在第二气体反应区(2”-3)中带走多余热量，作用后的气体流入出口侧的第二气体流出区(2”-4)，由于第二气体流出区(2”-4)的深度大于第二气体反应区(2”-3)的深度，因而，反应后的气体在第二气体流出区(2”-4)中汇集；最后，气体通过第二气体出口(2”-5)流出。
请参考图12，氧化性气体流道结构(3”)包括：第三气体入口(3”-1)和(3”-2)、第三气体分配区(3”-3)、第三气体反应区(3”-4)和(3”-5)、第三气体出口。具体如下：
第三气体入口位于氧化性气体流道结构(3”)的中部。其包括两个分别位于该结构两侧的入口3”-1和3”-2。第三气体入口(3”-1)和(3”-2)的直连通道均为圆柱形进气管，与气体输入管道接通。
第三气体分配区(3”-3)为与第三气体入口(3”-1)和(3”-2)、第三气体反应区(3”-4)和(3”-5)均相连通，且位于3”-1和3”-2之间。第三气体分配区(3”-3)在氧化性气体流道中间，为矩形凹槽。
第三气体反应区(3”-4)和(3”-5)，由第三反应区流道和第三反应区支撑体组成。其中，第三反应区支撑体由多个第三支撑单体(3”-6)组成。多个第三支撑单体呈点阵分布。这些第三支撑单体的形状为圆柱桥墩状。第三气体反应区(3”-4)和(3”-5)，对称分布在第三气体分配区(3”-2)两侧。
本实施例中，为了使得气体更均匀的分配到反应区的各个区域中，第三气体分配区(3”-3)凹槽的深度需大于第三气体反应区的深度，这样，气体进入第三气体分配区(3”-3)后会先布满凹槽的底部，然后再从凹槽中以相同流速、流量流入(即均匀分配)两侧的第三气体反应区。
本实施例的氧化性气体流道结构(3”)中，第三气体反应区(3”-4)和(3”-5)的四周均为气体流出区域。再结合图11可知，在氧化性气体流道结构层(3”)中，第三反应区中各支撑单体(3”-6)是高于第三气体反应区四周(3”-7)的，因而气体可从第三气体反应区的四周均为气体流出。
具体实施时，氧化性气体从第三气体入口(3”-1)和(3”-2)输入，汇集在两入口之间的第三气体分配区(3”-3)中；然后，氧化性气体在第三气体分配区(3”-3)中均匀分配至第三气体反应区(3”-4)和(3”-5)；接着，氧化性气体在第三气体反应区(3”-4)和(3”-5)中参与该侧反应，反应后气体直接从第三气体反应区(3”-4)和(3”-5)周围流出。而该结构中的第三气体流出区可以理解为第三气体反应区周围的气体流出区。
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连接体结构的制备过程以及连接体的使用过程。
实施例1：
采用铬含量为25％的铁素体不锈钢合金粉末，采用碳酸氢铵粉末作为气体流道结构成型材料，通过逐层铺粉、压制烧结方法制备100×100mm2大小的5mm厚的连接体。连接体结构如图1至图4所示。还原性气体流道结构的基本参数为：气体分配区凹槽宽度4mm，深度为0.6mm，气体反应区深度0.5mm，圆柱形凸台直径2mm，相邻凸台间距4mm；连接体内部气体流道结构的基本参数为：气体分配区凹槽宽度4mm，深度为0.6mm，气体反应区深度0.5mm，气体反应区凹槽宽度2mm，相邻凸台间距4mm；氧化性气体流道结构的基本参数为：气体分配区凹槽宽度4mm，深度为0.6mm，气体反应区深度0.5mm，圆柱形凸台直径2mm，相邻凸台间距4mm。
在此连接体表面钎焊连接多孔金属支撑固体氧化物燃料电池，多片串联后形成电池堆。电堆运行是连接体还原性气体侧通入H2，氧化性气体侧通入流动的空气，连接体内部气体流场在电池启动时，通入温度可调的包含有氢气的高温还原性气体，使电堆快速启动，在电堆的运行中可通过智能控温系统进行系统热管理。
实施例2：
本实施例2与实施例1不同之处在于烧制成型后的金属连接体材料和尺寸。本实施例采用纯铬作为金属连接体粉末，采用聚甲基丙烯酸甲酯为气体流道成形粉末，通过逐层铺粉，压制烧结的工艺制备150×100mm2大小的6mm厚的连接体，连接体结构如图1至图4所示。气体流道结构与实施例1相同。
在此连接体表面钎焊连接多孔金属支撑固体氧化物燃料电池，多片串联后形成电池堆。电堆运行是连接体还原性气体侧通入H2，氧化性气体侧通入流动的空气，连接体内部气体流场在电池启动时，通入温度可调的包含有氢气的高温还原性气体，使电堆快速启动，在电堆的运行中可通过智能控温系统进行系统热管理。
实施例3：
采用铁铬铁素体不锈钢为金属连接体材料，采用淀粉为气体流道成形材料，分别制备成浆料，通过多层共烧工艺烧制200×100mm2大小的6mm厚的连接体，连接体结构如图5至图9所示。还原性气体流道结构的基本参数为：气体分配区凹槽宽度4mm，深度为0.7mm，气体反应区深度0.6mm，圆柱形凸台直径2mm，相邻凸台间距4mm；连接体内部气体流道结构的基本参数为：气体分配区短条状长度10mm,宽度2mm,横向间距4mm，纵向间距14mm,凹槽深度为0.7mm，气体反应区深度0.6mm，气体反应区凹槽宽度2mm，相邻凸台间距4mm；氧化性气体流道结构的基本参数为：气体分配区凹槽宽度4mm，深度为0.7mm，气体反应区深度0.6mm，气体反应区凸台宽度2mm,间距4mm。
在此连接体表面连接密封材料，连接阳极支撑固体氧化物燃料电池，多片串联后形成电池堆。电堆运行是连接体还原性气体侧通入H2，氧化性气体侧通入流动的空气，连接体内部气体流场在电池启动时，通入温度可调的包含有氢气的高温还原性气体，使电堆快速启动，在电堆的运行中可通过智能控温系统进行系统热管理。
实施例4：
本实施例4与实施例3不同之处在于烧制成型后的连接体材料不同。采用掺杂的铬酸镧为连接体材料，采用碳酸氢铵为气体流道成型材料，通过粉末冶金工艺烧制100×100mm2大小的6mm厚的连接体，连接体结构如图5至图9所示。气体流道参数与实施例3相同，不同的尺寸地方在于反应区面积占比。
在此连接体表面连接密封材料，连接阴极支撑固体氧化物燃料电池，多片串联后形成电池堆。电堆运行是连接体还原性气体侧通入H2，氧化性气体侧通入流动的空气，连接体内部气体流场在电池启动时，通入温度可调的包含有氢气的高温还原性气体，使电堆快速启动，在电堆的运行中可通过智能控温系统进行系统热管理。
实施例5：
本实施例5与实施例3不同之处在于成型的制备工艺、尺寸和材料不同。采用钛酸镧粉末为连接体材料，聚甲基丙烯酸甲酯为气体流道成型材料，制备成浆料，通过多层共烧工艺烧制150×150mm2大小的6mm厚的连接体，连接体结构如图5至图9所示。气体流道尺寸参数与实施例3相同，不同的尺寸地方在于反应区面积占比。
在此连接体表面连接密封材料，连接阴极支撑固体氧化物燃料电池，多片串联后形成电池堆。电堆运行是连接体还原性气体侧通入H2，氧化性气体侧通入流动的空气，连接体内部气体流场在电池启动时，通入温度可调的包含有氢气的高温还原性气体，使电堆快速启动，在电堆的运行中可通过智能控温系统进行系统热管理。
实施例6：
本实施例6与实施例1不同之处在于成型的尺寸及结构不同。采用铬含量为25％的铁素体不锈钢合金粉末，采用碳酸氢铵粉末作为气体流道结构成型材料，通过逐层铺粉、压制烧结方法制备150×150mm2大小的4mm厚的连接体。连接体结构如图9至图12所示。还原性气体流道结构的基本参数为：气体分配区凹槽宽度4mm，深度为0.5mm，气体反应区深度0.4mm，凸台宽度3mm,两凸台间凹槽宽度2mm；连接体内部气体流道结构的基本参数为：分配区凹槽宽度4mm，深度为0.5mm，与还原性气体流道互嵌的气体反应区深度0.4mm，气体反应区凸台宽度3mm，相邻凸台间凹槽宽度2mm；氧化性气体流道结构的基本参数为：气体分配区凹槽宽度5mm，深度为0.5mm，气体反应区深度0.4mm，圆柱形凸台直径2mm，相邻凸台间距4mm。
在此连接体表面钎焊连接多孔金属支撑固体氧化物燃料电池，多片串联后形成电池堆。电堆运行是连接体还原性气体侧通入H2，氧化性气体侧通入流动的空气，连接体内部气体流场在电池启动时，通入温度可调的包含有氢气的高温还原性气体，使电堆快速启动，在电堆的运行中可通过智能控温系统进行系统热管理。
实施例7：
本实施例7与实施例6不同之处在于成型的尺寸、材料及制备工艺。采用纯铬作为金属连接体粉末，采用聚甲基丙烯酸甲酯为气体流道成形粉末，分别制备成浆料通过多层共烧工艺制备200×200mm2大小的4mm厚的连接体，连接体结构如图9至图12所示。气体流道参数与实施例6相同，不同的尺寸地方在于反应区面积占比。
在此连接体表面钎焊连接多孔金属支撑固体氧化物燃料电池，多片串联后形成电池堆。电堆运行是连接体还原性气体侧通入H2，氧化性气体侧通入流动的空气，连接体内部气体流场在电池启动时，通入温度可调的包含有氢气的高温还原性气体，使电堆快速启动，在电堆的运行中可通过智能控温系统进行系统热管理。
实施例8：
本实施例与实施例1不同之处在于，采用多层压力焊成型工艺制备，采用厚度为200μm的铁素体不锈钢板，分别冲压成图所示分层结构，然后叠加在一起，通过压力焊成型工艺制备与实施案例1或实施案例3相同尺寸结构的连接体。
在此连接体表面钎焊连接多孔金属支撑固体氧化物燃料电池，多片串联后形成电池堆。电堆运行是连接体还原性气体侧通入H2，氧化性气体侧通入流动的空气，连接体内部气体流场在电池启动时，通入温度可调的包含有氢气的高温还原性气体，使电堆快速启动，在电堆的运行中可通过智能控温系统进行系统热管理。
实施例9：
本实施例与实施例1不同之处在于，采用铁铬铁素体不锈钢为连接体材料，通过激光选区熔化金属3D打印技术，制备与实施例1或实施例3相同尺寸与结构的连接体。
在此连接体表面钎焊连接多孔金属支撑固体氧化物燃料电池，多片串联后形成电池堆。电堆运行是连接体还原性气体侧通入H2，氧化性气体侧通入流动的空气，连接体内部气体流场在电池启动时，通入温度可调的包含有氢气的高温还原性气体，使电堆快速启动，在电堆的运行中可通过智能控温系统进行系统热管理。
以上案列均以固体氧化物燃料电池为例，其中固体氧化物电解池是固体氧化物燃料电池的逆反应，所以以上结构均对电解池适用。
第二方面，本发明实施例提供了一种电池/电解池组件，该电池/电解池组件可以为包括上述第一方面所述的连接体的电池/电解池；或者，该电池/电解池组件可以为包括上述第一方面所述的连接体的电池/电解池堆。
实施例10：
如图13所示(为了使图中每个部分清晰展示，图13中尺寸比例与实际不同)，本实施例提供了一种一体化的连接体与支撑体结构，其连接体部分具有与上述实施例1相同的尺寸结构，包括阳极侧的还原性气体流道结构(1”’)、阴极侧的氧化性气体流道结构(3”’)以及内部层的用于调节电池/电解池内部的温度的温控气体流道结构(2”’)。其中，支撑体部分包括呈多孔状的中间区域(4-1)和四周致密的封闭区域(4-2)。而该连接体与支撑体结构为一体化的无子部件连接缝隙的整体结构，且在制备时是一次成型的；再结合阳极(5-1)、致密电解质(5-2)以及阴极(5-3)时，其中致密的电解质面积大于阳极面积且覆盖支撑体多孔区域，因此无需额外密封材料即可对电池实现密封。这种结构有效的简化了电池，解决了电池的密封问题，同时加速电堆启动，提升电池运行过程中的热管理。
由多个上述电池组装电堆，电堆运行是连接体还原性气体侧通入H2，氧化性气体侧通入流动的空气，连接体内部气体流场在电池启动时，通入温度可调的包含有氢气的高温还原性气体，使电堆快速启动，在电堆的运行中可通过智能控温系统进行系统热管理。
实施例11：
如图14所示(为了使图中每个部分清晰展示，图14中尺寸比例与实际不同)，本实施例提供了一种轻量化且一体化的连接体与支撑体结构，其连接体部分与上述实施例6的尺寸结构相同，包括阳极侧的还原性气体流道结构(1””)、阴极侧的氧化性气体流道结构(3””)以及内部层的用于调节电池/电解池内部的温度的温控气体流道结构(2””)。其中，支撑体部分包括呈多孔状中间区域(4”-2)，四周致密的封闭区域(4”-1)，而该连接体与支撑体为一体化的无子部件连接缝隙的整体结构，且在制备时是一次成型的；再结合阳极(5”-1)、致密电解质(5”-2)及阴极(5”-3)时，其中致密的电解质面积大于阳极面积且覆盖支撑体多孔区域，因此无需额外密封材料即可对电池实现密封。这种结构有效的简化了电池，解决了电池的密封问题，同时加速电堆启动，提升电池运行过程中的热管理。
由多个上述多片电池组装电堆，电堆运行是连接体还原性气体侧通入H2，氧化性气体侧通入流动的空气，连接体内部气体流场在电池启动时，通入温度可调的包含有氢气的高温还原性气体，使电堆快速启动，在电堆的运行中可通过智能控温系统进行系统热管理。
以上案列均以固体氧化物燃料电池为例，其中固体氧化物电解池是固体氧化物燃料电池的逆反应，所以以上结构均对电解池适用。
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电池/电解池的连接体及电池/电解池组件进行了详细介绍，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)

1.一种电池/电解池的连接体，其特征在于，所述连接体的结构为一体化结构，所述结构包括多种气体流道结构，所述多种气体流道结构至少包括还原性气体流道结构和氧化性气体流道结构，以及用于调节电池/电解池内部的温度的温控气体流道结构；
其中，所述还原性气体流道结构、所述温控气体流道结构和所述氧化性气体流道结构，两两结构之间的气体互不渗透。
2.根据权利要求1所述的连接体，其特征在于，在所述一体化结构中，所述温控气体流道结构位于所述还原性气体流道结构与所述氧化性气体流道结构之间；或
所述还原性气体流道结构与所述氧化性气体流道结构相对设置，且所述温控气体流道结构与所述还原性气体流道结构互嵌。
3.根据权利要求2所述的连接体，其特征在于，在启动阶段时，所述温控气体流道结构用于通入高温气体，以预热电池/电解池；
在运行阶段时，所述温控气体流道结构，用于根据电池/电解池内部实时的温度分布情况，通入温度可控及流量可控的气体，以调控电池/电解池内部的温度。
4.根据权利要求2所述的连接体，其特征在于，所述连接体的总厚度为3-8mm；
所述还原性气体流道结构、所述温控气体流道结构和所述氧化性气体流道结构中的任一流道结构中的气体可流通的区域面积占所述连接体横截面面积的30-80％。
5.根据权利要求4所述的连接体，其特征在于，所述还原性气体流道结构包括：第一气体入口、第一气体分配区、第一气体反应区、第一气体流出区、第一气体出口；
其中，所述第一气体分配区和所述第一气体流出区的深度，均大于所述第一气体反应区的深度，且大于值为0.1-1mm；
所述第一气体反应区由第一反应区流道和第一反应区支撑体组成；所述第一反应区支撑体由多个第一支撑单体组成；所述多个第一支撑单体呈点阵分布；所述第一支撑单体的形状为圆柱形桥墩状、立方体状、实心条状或中空条状。
6.根据权利要求4所述的连接体，其特征在于，所述温控气体流道结构包括：第二气体入口、第二气体分配区、第二气体反应区、第二气体流出区、第二气体出口；
其中，所述第二气体分配区和所述第二气体流出区的深度，均大于所述第二气体反应区的深度，且大于值为0.1-1mm；
所述第二气体反应区由第二反应区流道和第二反应区支撑体组成；所述第二反应区支撑体由多个第二支撑单体组成；所述多个第二支撑单体呈点阵分布；所述第二支撑单体的形状为圆柱形桥墩状、立方体状、实心条状或中空条状。
7.根据权利要求4所述的连接体，其特征在于，所述氧化性气体流道结构包括：第三气体入口、第三气体反应区、第三气体流出区；
其中，所述第三气体分配区和所述第三气体流出区的深度，均大于所述第三气体反应区的深度，且大于值为0.1-1mm；
所述第三气体反应区由第三反应区流道和第三反应区支撑体组成；所述第三反应区支撑体由多个第三支撑单体组成；所述多个第三支撑单体呈点阵分布；所述第三支撑单体的形状为圆柱形桥墩状、立方体状、实心条状或中空条状。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的连接体，其特征在于，所述多种气体流道结构中的每种气体流道结构包括分布四周的连接区域和中部的气体流道区域；所述气体流道区域由气体流道成形材料制成；其中，所述气体流道成形材料包括碳酸氢铵、聚甲基丙烯酸甲酯和淀粉中的任意一种；
当所述连接体应用于金属支撑型固体氧化物燃料电池/电解池时；所述连接区域由导电金属材料制成；其中，所述导电金属材料包括铁铬合金、镍铬合金、镍铁合金、铬及铬合金中的任意一种；
当所述连接体通用于不同类型平板状固体氧化物燃料电池/电解池时；所述连接区域由导电金属陶瓷或导电陶瓷材料制成；其中，所述导电陶瓷包括掺杂铬酸镧、掺杂锰酸镧、掺杂钛酸镧、碳化钛和碳化硅中的任意一种，所述导电金属陶瓷是金属与陶瓷的混合物。
9.根据权利要求8所述的连接体，其特征在于，当所述连接体通用于不同类型平板状固体氧化物燃料电池/电解池时；所述连接体还包括贯穿所述多种气体流道结构的第一入口卡槽、第一出口卡槽、第二入口卡槽、第二出口卡槽、第三入口卡槽和第三出口卡槽；
所述第一入口卡槽与所述第一气体入口连通，所述第一出口卡槽与所述第一气体出口连通；
所述第二入口卡槽与所述第二气体入口连通，所述第二出口卡槽与所述第二气体出口连通；
其中，所述氧化性气体流道结构还包括第三气体出口，所述第三入口卡槽与所述第三气体入口连通，所述第三出口卡槽与所述第三气体出口连通。
10.一种电池/电解池组件，其特征在于，所述电池/电解池组件为包括上述权利要求1-9任一项所述的连接体的电池/电解池；或
所述电池/电解池组件为包括上述权利要求1-9任一项所述的连接体的电池/电解池堆。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050037253A1 (en) * 2003-08-13 2005-02-17 Amir Faghri Integrated bipolar plate heat pipe for fuel cell stacks
CN105594036A (zh) * 2013-10-02 2016-05-18 丰田自动车株式会社 分隔件及燃料电池
US20160218376A1 (en) * 2015-01-26 2016-07-28 Industrial Technology Research Institute Bipolar plate and fuel cell module using the same
CN106169595A (zh) * 2015-05-20 2016-11-30 现代自动车株式会社 用于燃料电池的双极板结构
CN212182460U (zh) * 2020-07-14 2020-12-18 武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司 一种新型燃料电池双极板

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050037253A1 (en) * 2003-08-13 2005-02-17 Amir Faghri Integrated bipolar plate heat pipe for fuel cell stacks
CN105594036A (zh) * 2013-10-02 2016-05-18 丰田自动车株式会社 分隔件及燃料电池
US20160218376A1 (en) * 2015-01-26 2016-07-28 Industrial Technology Research Institute Bipolar plate and fuel cell module using the same
CN106169595A (zh) * 2015-05-20 2016-11-30 现代自动车株式会社 用于燃料电池的双极板结构
CN212182460U (zh) * 2020-07-14 2020-12-18 武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司 一种新型燃料电池双极板

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