CN114566689B - 一种平管式电池堆气腔封装用具及其电堆气腔封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平管式电池堆气腔封装用具及其电堆气腔封装方法，涉及到固体氧化物电池的技术领域，包括轨道杆、加压装置、弹簧和插销，所述加压装置的输出端设有若干轨道杆，所述轨道杆上设有气腔，所述加压装置的一侧设有弹簧，所述弹簧与所述加压装置通过连接杆连接，所述弹簧远离加压装置的一侧设有可拆卸的插销，所述插销用于固定弹簧。在使用时，本发明将高温炉用夹钳改进后用于平管式固体氧化物燃料电池堆的侧面封装过程。
Description
技术领域
本发明涉及到固体氧化物电池的技术领域，尤其涉及到一种固态氧化电堆及其电堆密封方法。
背景技术
平管式固体氧化物燃料电池：一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。按结构可分为平板式，管式和平管式，其中平管固体氧化物燃料电池是平板式和管式电池结合，结构为阳极支撑层设置中空孔洞，该中空孔洞在阳极支撑层的侧面具有开口端；
平管式固体氧化物燃料电池堆：将平管式固体氧化物燃料电池以阴阳极面相互交错的方式进行堆叠，同时每两片电池间插入导电用金属板，在高温密封材料作用下电池和金属板粘结成一个整体，即为平管式固体氧化物燃料电池堆的主体部分。将主体部分的四个侧面分别与空气气腔和氢气气腔两两相接后就成为一个完整的平管式固体氧化物燃料电池堆。
以发电模式为例，以上两类电池工作时需向其阴极(白色区域)通空气，向阳极(绿色部分)通燃料气，如氢气，故需对阴、阳极分别进行密封以保证空气与燃料气分别被限制在阴、阳极区域进行电化学反应，同时防止直接相遇发生爆炸。一般来说，由于SOC为全陶瓷或金属-陶瓷复合结构，其受压形变量较小，电池及连接件的厚度、平面度、翘曲度等参数波动均会导致对阴、阳集进行面密封十分困难。
高温密封技术：平管式固体氧化物燃料电池阳极以燃料气体为原料，阴极以空气为原料，高温下通过单电池或电池堆进行电化学反应。为确保燃料气和空气彼此间不直接接触，需要通过密封工艺将两者进行隔离，所用的隔离材料以及隔离工艺统称为高温密封技术。
现在所用的平管式固体氧化物燃料电池堆气腔密封技术：直接将密封材料涂抹于气腔密封面，通过螺栓将涂有密封材料的气腔紧固于封接面上，高温烧结完成气腔封接过程。上述工艺存在的最大问题是无法通过加压方式进行密封作业，无压状态下材料收缩会造成密封不良甚至失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固态氧化电堆及其电堆密封方法，用于解决上述技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种平管式电池堆气腔封装用具，包括如下步骤：
包括轨道杆、加压装置、弹簧和插销，所述加压装置的输出端设有若干轨道杆，所述轨道杆上设有气腔，所述加压装置的一侧设有弹簧，所述弹簧与所述加压装置通过连接杆连接，所述弹簧远离加压装置的一侧设有可拆卸的插销，所述插销用于固定弹簧。
作为进一步的优选，所述轨道杆数量为3-4。
一种电堆气腔封装方法，通过上述所述的平管式电池堆气腔封装用具实现电堆的气腔封装，包括如下步骤：
步骤S1：电池堆主体的密封：电池堆的主体每个侧面均增加轨道杆，气腔沿着轨道杆移动至密封面，气腔并与密封面紧密贴合；
步骤S2；将密封好的电池堆主体部分放置于炉腔内的平台上；
步骤S3：在两个相对设置的侧面内的气腔里涂上密封浆料并烘干，
步骤S4：将涂有密封浆料的气腔腔体沿轨道杆分别与两相对侧面贴合；
步骤S5：利用加压装置对上述两相对侧面加压，加压后利用插销将压缩后的弹簧位置固定；
步骤S6：对电炉升温进行密封材料的封接，加压装置上的弹簧使气腔在升温过程中仍能受到恒定的压力作用，恒定压力的作用下气腔始终紧密的与侧面贴合在一起。
作为进一步的优选，所述步骤S1中，轨道杆的数量为3-4个。
作为进一步的优选，所述步骤S3中，烘干时间在10-15分钟，温度小于或等于80℃。
作为进一步的优选，所述步骤S3还包括：步骤A,密封浆料的制备，将密封粉体与松油醇以一定比例混合，加入乙基纤维素，混合均匀后球磨4小时以上，即可制得密封浆料。
作为进一步的优选，所述密封粉体与所述松油醇的混合比例为6:4，或为9:1。
作为进一步的优选，所述乙基纤维素的含量在2％-10％。
作为进一步的优选，步骤S1中还包括步骤S11,将气腔与密封面紧密贴合好的电池堆主体的进行高温封接。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明针对平管式固体氧化物燃料电池堆侧面气腔封装问题提出的改善措施，即利用特制的加压工具和相应的操作方法完成气腔的高温封接过程，以实现良好的气腔密封。
本发明将高温炉用夹钳改进后用于平管式固体氧化物燃料电池堆的侧面封装过程。
本发明设计出一种可直接用于侧面加压的工具，完成高温下的气腔封接过程。该设备及工艺的应用既可以确保气腔密封的完好性又避免了采用传统加压方式时对主体密封造成的损害。
附图说明
图1是固体氧化物电池的电堆密封方法的流程图；
图2是平管式电池堆气腔封装用具示意图。
图中：1、轨道杆；2、加压装置；3、弹簧；4、插销。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
结合图1-2所示.一种平管式电池堆气腔封装用具，包括如下步骤：
包括轨道杆1、加压装置2、弹簧3和插销4，加压装置2的输出端设有若干轨道杆1，轨道杆1上设有气腔，加压装置2的一侧设有弹簧3，弹簧3与加压装置2通过连接杆连接，弹簧3远离加压装置2的一侧设有可拆卸的插销4，插销4用于固定弹簧3。
一种电堆气腔封装方法，通过上述的平管式电池堆气腔封装用具实现电堆的气腔封装，包括如下步骤：
步骤S1：电池堆主体的密封：电池堆的主体每个侧面均增加轨道杆1，气腔沿着轨道杆1移动至密封面，气腔并与密封面紧密贴合；
步骤S2；将密封好的电池堆主体部分放置于炉腔内的平台上；
步骤S3：在两个相对设置的侧面内的气腔里涂上密封浆料并烘干，
步骤S4：将涂有密封浆料的气腔腔体沿轨道杆1分别与两相对侧面贴合；
步骤S5：利用加压装置2对上述两相对侧面加压，加压后利用插销4将压缩后的弹簧3位置固定；
步骤S6：对电炉升温进行密封材料的封接，加压装置2上的弹簧3使气腔在升温过程中仍能受到恒定的压力作用，恒定压力的作用下气腔始终紧密的与侧面贴合在一起。
进一步，作为一种较佳的实施方式，步骤1中，轨道杆1的数量为3-4个。
进一步，作为一种较佳的实施方式，步骤S3中烘干时间在10-15分钟，温度小于或等于80℃。
进一步，作为一种较佳的实施方式，步骤S3还包括：步骤A,密封浆料的制备，将密封粉体与松油醇以一定比例混合，加入乙基纤维素，混合均匀后球磨4小时以上，即可制得密封浆料。
进一步，作为一种较佳的实施方式，密封粉体与松油醇的混合比例为6:4，或为9:1。
其中，混合工艺可为滚筒式球磨、行星式球磨、机械介入式搅拌、离心式搅拌、超声波振动搅拌等。
进一步，作为一种较佳的实施方式，乙基纤维素的含量在2％-10％。
进一步，作为一种较佳的实施方式，步骤S1中还包括步骤S11,将气腔与密封面紧密贴合好的电池堆主体的进行高温封接。
实施例一：电池堆的主体部分每个侧面均增加3～4个轨道杆1，气腔可沿着轨道杆1移动至密封面并与密封面紧密贴合；将密封好的电池堆主体部分放置于炉腔内的平台上；将密封粉体与松油醇以一定比例混合6:4，加入乙基纤维素10％，混合均匀后球磨4小时以上，即可制得密封浆料。两个相对侧面的气腔均匀涂上密封浆料并烘干，烘干温度在80℃，烘干时间10-15分钟，将涂有密封浆料的腔体沿轨道杆1分别与两相对侧面贴合；利用加压装置2对上述两相对侧面加压，如图所示加压装置2通过压缩把手间距施加压力，把手处的弹簧3用于保压，为防止弹簧3松脱，加压装置2加压后利用插销4将压缩后的弹簧3位置固定；对电炉升温进行密封材料的封接，加压装置2上的弹簧3使气腔在升温过程中仍能受到恒定的压力作用，恒定压力的作用下气腔始终紧密的与侧面贴合在一起。；
实施例二、电池堆的主体部分每个侧面均增加3～4个轨道杆1，气腔可沿着轨道杆1移动至密封面并与密封面紧密贴合；将密封好的电池堆主体部分放置于炉腔内的平台上；将密封粉体与松油醇以一定比例混合9:1之间，加入乙基纤维素10％，混合均匀后球磨4小时以上，即可制得密封浆料。两个相对侧面的气腔均匀涂上密封浆料并烘干，烘干温度在80℃，烘干时间15分钟，将涂有密封浆料的腔体沿轨道杆1分别与两相对侧面贴合；利用加压装置2对上述两相对侧面加压，如图所示加压装置2通过压缩把手间距施加压力，把手处的弹簧3用于保压，为防止弹簧3松脱，加压装置2加压后利用插销4将压缩后的弹簧3位置固定；对电炉升温进行密封材料的封接，加压装置2上的弹簧3使气腔在升温过程中仍能受到恒定的压力作用，恒定压力的作用下气腔始终紧密的与侧面贴合在一起。
实施例三、电池堆的主体部分每个侧面均增加3～4个轨道杆1，气腔可沿着轨道杆1移动至密封面并与密封面紧密贴合；将密封好的电池堆主体部分放置于炉腔内的平台上；将密封粉体与松油醇以一定比例混合7:3，加入乙基纤维素15％，混合均匀后球磨6小时以上，即可制得密封浆料。两个相对侧面的气腔均匀涂上密封浆料并烘干，烘干温度在69℃，烘干时间12分钟，将涂有密封浆料的腔体沿轨道杆1分别与两相对侧面贴合；利用加压装置2对上述两相对侧面加压，如图所示加压装置2通过压缩把手间距施加压力，把手处的弹簧3用于保压，为防止弹簧3松脱，加压装置2加压后利用插销4将压缩后的弹簧3位置固定；对电炉升温进行密封材料的封接，加压装置2上的弹簧3使气腔在升温过程中仍能受到恒定的压力作用，恒定压力的作用下气腔始终紧密的与侧面贴合在一起。实施例四，以电池为基底通过气相沉积法涂覆主体层，厚度60μm；将主体层产品进行烘干，100MPa压力下等静压60s；以主体层为基底，通过点胶法在主体层上涂覆双S型线状修饰层；将涂覆好集流层的电池与涂有修饰层的第二连接件贴合装配5获得电堆集成电堆单元；以电堆单元为元部件根据需要进行电堆集成，电堆单元数40；将中电池或电堆在750℃条件下烧结4h获得产品。
其中，本发明的关键点在于侧面加压装置2的设计，设计中利用不锈钢的可加工性又结合了陶瓷材料的耐高温性，从而实现高温下对封接面的持续加压。
其中，本发明的是实现侧面加压的方式，尽管加压装置2有些类似于高温夹钳，但高温夹钳常用于高温炉中的瞬时取样或放样，其作用仅为拿放，加压是次要的。本发明中的装置有夹钳的效果，但目的不是取样或放置，而是高温下对对象进行持续性的压力作用，所有的改进均为了实现侧面的恒定加压而提出的。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种平管式电池堆气腔封装用具，其特征在于，包括轨道杆、加压装置、弹簧和插销，所述加压装置的输入端设置有压缩把手，且所述加压装置的输出端设有若干轨道杆，所述轨道杆上设有气腔，所述加压装置位于加压把手的一侧设有弹簧，所述弹簧与所述加压装置通过连接杆连接，所述弹簧远离加压装置的一侧设有可拆卸的插销，所述插销用于固定弹簧。
2.一种电堆气腔封装方法，其特征在于，通过上述权利要求1所述的平管式电池堆气腔封装用具实现电堆的气腔封装，包括如下步骤：
步骤S1：电池堆主体的密封：电池堆的主体每个侧面均增加轨道杆，气腔沿着轨道杆移动至密封面，气腔并与密封面紧密贴合；
步骤S2；将密封好的电池堆主体部分放置于炉腔内的平台上；
步骤S3：在两个相对设置的侧面内的气腔里涂上密封浆料并烘干，
步骤S4：将涂有密封浆料的气腔腔体沿轨道杆分别与两相对侧面贴合；
步骤S5：利用加压装置对上述两相对侧面加压，加压后利用插销将压缩后的弹簧位置固定；
步骤S6：对电炉升温进行密封材料的封接，加压装置上的弹簧使气腔在升温过程中仍能受到恒定的压力作用，恒定压力的作用下气腔始终紧密的与侧面贴合在一起。
3.根据权利要求2所述的电堆气腔封装方法，其特征在于，所述步骤S1中，电池堆的主体每个侧面上轨道杆的数量为3-4个。
4.根据权利要求2所述的电堆气腔封装方法，其特征在于，所述步骤S3中,烘干时间在10-15分钟，温度小于或等于80℃。
5.根据权利要求2所述的电堆气腔封装方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：步骤A,密封浆料的制备，将密封粉体与松油醇以一定比例混合，加入乙基纤维素，混合均匀后球磨4小时以上，即可制得密封浆料。
6.根据权利要求5所述的电堆气腔封装方法，其特征在于，所述密封粉体与所述松油醇的混合比例为6:4，或为9:1。
7.根据权利要求2所述的电堆气腔封装方法，其特征在于，步骤S1中还包括步骤S11,将气腔与密封面紧密贴合好的电池堆主体的进行高温封接。
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