CN117855514A - 一种连接板结构及固体氧化物燃料电池 - Google Patents
一种连接板结构及固体氧化物燃料电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117855514A CN117855514A CN202410262554.2A CN202410262554A CN117855514A CN 117855514 A CN117855514 A CN 117855514A CN 202410262554 A CN202410262554 A CN 202410262554A CN 117855514 A CN117855514 A CN 117855514A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flow channel
- grooves
- connecting plate
- rib
- flow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 42
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 24
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 claims description 18
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 16
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 4
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 10
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 3
- YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]propan-1-one Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)CCC(=O)N1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910018921 CoO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- HBAGRTDVSXKKDO-UHFFFAOYSA-N dioxido(dioxo)manganese lanthanum(3+) Chemical compound [La+3].[La+3].[O-][Mn]([O-])(=O)=O.[O-][Mn]([O-])(=O)=O.[O-][Mn]([O-])(=O)=O HBAGRTDVSXKKDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 235000003642 hunger Nutrition 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910002119 nickel–yttria stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000037351 starvation Effects 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/0265—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant the reactant or coolant channels having varying cross sections
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
- H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明公开了一种连接板结构及固体氧化物燃料电池，包括：连接板板体，至少一侧设置为流场侧，流场侧设有沿长度方向延伸的多个横流道槽、沿宽度方向延伸的多个纵流道槽，多个横流道槽沿宽度方向间隔排列，多个纵流道槽沿长度方向间隔排列，横流道槽与纵流道槽交叉连通，相邻两个横流道槽与相邻两个纵流道槽之间围成凸肋部，凸肋部设有呈倾斜设置的斜流道槽，斜流道槽均与横流道槽、纵流道槽呈夹角连接。使得气流在连接板长度方向实现多级分配，使得气流在气道长度方向上均匀度提升，气流在宽度方向上互相相连，增强了气流在宽度方向上分布的均匀性，实现气流在电池片内滞留时间增加，有利于减小电池内部应力，提高SOFC的长期稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种连接板结构及固体氧化物燃料电池。
背景技术
固体氧化物燃料电池（SOFC）主要包括阳极、电解质、阴极、连接板、气道、密封层、外边框等结构。连接板是由凸出的肋结构以及底部基板构成，而肋结构和基板围成的凹槽成为输送燃料气和氧化剂气体流道，因此不同的连接板设计则形成了不同的气道结构。作为一种将燃料化学能转变为电能的装置，SOFC电能的产生以消耗燃料气和氧气为代价。燃料和空气（或纯氧）分别从燃料气道和空气气道进入阳极和阴极，经扩散抵达三相线处进行催化电化学反应从而产电。由于高温氧化氛围以及导O2-的需要，SOFC通常采用钙钛矿氧化物作为阴极材料，而钙钛矿氧化物阴极材料的电子电导率较低，因此通常采用较薄的阴极层以降低阴极导致的欧姆损耗。相对分子质量较大的O2的扩散系数相对较低，而较薄的阴极层不利于O2从气道正对电极向连接板肋正对的电极区域的扩散，因此导致了肋正对电极区域容易出现氧死区域，极大地限制了SOFC的电化学反应以及输出功率提升。此外，阳极作为支撑体通常较厚，这也加大了阳极气流扩散进入活化反应区域的难度，最终导致较大的浓差极化。因此通过流道结构设计将燃料气和氧气及时输送到电极三相反应区域是SOFC高效输出电能的关键。目前对于低温质子交换膜燃料电池的流道设计研究较多，SOFC流道设计工作相对较少，还需要进一步进行研究。
发明内容
本发明目的在于提供一种连接板结构及固体氧化物燃料电池，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：
首先本发明提供一种连接板结构，包括：板体，至少一侧设置为流场侧，所述流场侧设有沿长度方向延伸的多个横流道槽、沿宽度方向延伸的多个纵流道槽，多个横流道槽沿所述宽度方向间隔排列，多个纵流道槽沿所述长度方向间隔排列，所述横流道槽与所述纵流道槽交叉连通，相邻两个所述横流道槽与相邻两个纵流道槽之间围成凸肋部，所述凸肋部设有呈倾斜设置的斜流道槽，所述斜流道槽均与所述横流道槽、所述纵流道槽呈夹角连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述凸肋部设有两个所述斜流道槽，两个所述斜流道槽呈X交叉设置。
作为上述技术方案的进一步改进，两个所述斜流道槽将所述凸肋部分割为四个三角形的凸肋单元，相对的两个凸肋单元呈对称设置。
作为上述技术方案的进一步改进，所述凸肋单元的三角处呈圆角设置。
作为上述技术方案的进一步改进，在所述流场侧的投影面上，所有所述横流道槽、纵流道槽、斜流道槽的面积与所有凸肋单元的端面的面积之比为1:1。
作为上述技术方案的进一步改进，所述流场侧设有呈相对设置的进口端和出口端，所述横流道槽、纵流道槽和斜流道槽的宽度从所述进口端往所述出口端的方向逐渐增大。
作为上述技术方案的进一步改进，所述凸肋部的表面设有抗Cr挥发的保护涂层。
作为上述技术方案的进一步改进，电池宽度方向两端的气道可以适当加宽以适应电堆不同歧管位置设置。
此外，本发明还提供一种固体氧化物燃料电池，其特征在于：包括若干所述的连接板结构。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括依次叠合的若干电池单元，所述电池单元包括依次叠合的阳极侧连接板、阳极气体扩散层、阳极功能层、电解质层、阴极功能层、阴极电流收集层和阴极侧连接板，所述阳极侧连接板和阴极侧连接板至少一个为所述连接板结构。
作为上述技术方案的进一步改进，所述阳极侧连接板上肋与连接板基板的形成燃料流道，所述阴极侧连接板上的肋与阴极侧基板形成空气流道，所述燃料流道与所述空气流道的流向呈反向流设置。
本发明的有益效果是：
本发明通过结构设计使得凸肋部围成斜流道槽来连通所述横流道槽和所述纵流道槽，可使得气流在连接板长度方向实现多级分配，使得气流在气道长度方向上均匀度提升，气流在宽度方向上互相相连，增强了气流在宽度方向上分布的均匀性，可以适应多种多歧管结构和大气道结构的设计和空间布置，实现气流在电池片内滞留时间增加，实现更多气体扩散进入电极内部，由于气流分配的均匀性增强导致的电化学反应速率、温度场等其他物理场分布的均匀性提升，有利于减小电池内部应力，提高SOFC的长期稳定性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
图1是本发明的连接板结构的示意图；
图2是对比例的固体氧化物燃料电池的电池单元的结构示意图；
图3是对比例的固体氧化物燃料电池的阴极与电解质界面O2浓度（mol/m3）分布示意图；
图4是对比例的固体氧化物燃料电池的阳极与电解质界面H2浓度 （mol/m3）分布示意图；
图5是实施例1的固体氧化物燃料电池的电池单元的结构示意图；
图6是实施例1的固体氧化物燃料电池的阴极与电解质界面O2浓度（mol/m3）分布示意图；
图7是实施例1的固体氧化物燃料电池的阳极与电解质界面H2浓度 （mol/m3）分布示意图；
图8是实施例2的固体氧化物燃料电池的电池单元的结构示意图；
图9是实施例2的固体氧化物燃料电池的电池单元的分解图；
图10是实施例2的固体氧化物燃料电池的阴极与电解质界面O2浓度（mol/m3）分布示意图；
图11是实施例2的固体氧化物燃料电池的阳极与电解质界面H2浓度 （mol/m3）分布示意图；
图12是电池单元在0.7V工作电压下，对比例、实施例1和实施例2的输出功率的对比示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明提出一种连接板结构，以解决现有SOFC技术中存在的电极内部存在的反应物分配不均导致的局部区域物料饥饿问题，从而提升电化学反应速率、燃料利用率、电输出性能。
具体地，如图1所示，本实施例的连接板结构包括板体100，板体100至少一侧设置为流场侧，根据连接板结构所处位置的不同，连接板结构如果设置在固体氧化物燃料电池的两端，则板体100的一侧为流场侧；
如果连接板结构设置在固体氧化物燃料电池的两端之间的位置内，则板体100的两侧均为流场侧，此时，板体100的两侧分为阳极侧和阴极侧。
板体100一般设置为矩形，这样流场侧具有相互垂直的长度方向和宽度方向，其中本发明的流场侧设置有多个横流道槽110和多个纵流道槽120，横流道槽110沿长度方向延伸，多个横流道槽110沿宽度方向呈间隔排列设置，而纵流道槽120沿宽度方向延伸，多个纵流道槽120沿长度方向呈间隔排列设置，所述横流道槽110与所述纵流道槽120呈纵横交叉连通设置。
其中相邻两个横流道槽110与相邻两个纵流道槽120之间围合成凸肋部130，所述凸肋部130设有呈倾斜设置的斜流道槽131，斜流道槽131沿长度方向或者宽度方向倾斜。
进一步地，本发明的每个凸肋部130设有两个斜流道槽131，两个斜流道槽131呈X交叉设置。
在一些实施例中，斜流道槽131均与横流道槽110、所述纵流道槽120呈夹角连通。
本发明的斜流道槽131的两端分别设置在凸肋部130相对的两侧面上，斜流道槽131首先与纵流道槽120连通，斜流道槽131通过纵流道槽120与横流道槽110连通。
本发明的两个斜流道槽131将所述凸肋部130分割为四个呈三角形的凸肋单元132，相对的两个凸肋单元132呈对称设置。
并且本发明中的四个凸肋单元132分为两种尺寸大小的三角形结构。
所述凸肋单元132的三角处呈圆角设置，以避免由于几何结构导致的应力集中。
本发明的流场侧设有呈相对设置的进口端和出口端，随着电池尺寸的增加，也即逐渐增加气道面积，增强气体向下游区域正对电极的传输能力，所述横流道槽110、纵流道槽120和斜流道槽131的宽度从所述进口端往所述出口端的方向逐渐增大。
具体地，本发明的进口端和出口端分别设置在横流道槽110的两端，可以理解的是，进口端的气体从横流道槽110和斜流道槽131的其中一端同时进入到流场侧内，然后从横流道槽110和斜流道槽131的另外一端流出流场侧。
在所述流场侧的投影面上，所有横流道槽110、纵流道槽120、斜流道槽131的面积与所有所述凸肋单元132的端面的面积之比为1:1。
本发明的凸肋部130的表面设有抗Cr挥发的保护涂层，保护涂层的材料包括但不限于稀土金属（Y，La，Ce, Hf等）氧化物材料、钙钛矿氧化物材料（LaCoO3、La1-xSrxCoO3，La1- xSrxMnO3等）、尖晶石氧化物（MnCoO4、MnCr2O4），而连接板的材质可以选用Fe-Cr合金，尤其是Crofer-22 APU 或者Crofer 22H以提高其抗氧化能力。
针对采用不同的连接板结构的固体氧化物燃料电池所达到的性能，本发明提供三个实施例：
实施例1：
固体氧化物燃料电池包括依次叠合的若干个电池单元，这里选择其中的电池单元来赘述原理，如图5所示，本实施例的电池单元包括依次叠合的阳极侧连接板200、阳极气体扩散层300、阳极功能层400、电解质层500、阴极功能层600、阴极电流收集层700和阴极侧连接板800，阳极侧连接板200采用传统长方体肋的连接板结构，阳极侧连接板200上的流场侧设有长方体沟槽状结构的阳极侧肋，阳极侧连接板200基板与长方体肋结构围成长方体沟槽状的燃料流道310，传统长方体肋的连接板结构包括基体、设于基体侧面上的长方体肋。
而阴极侧连接板800采用本发明的连接板结构，所述阴极侧连接板800基板与肋结构700围成的区域形成空气流道710，可以理解的是，横流道槽110、纵流道槽120和斜流道槽131构成空气流道710。
燃料和空气分别通过进气口进入燃料流道310和空气流道710，气体分子通过对流传输和扩散传输进入电极，并在电极内部主要通过气体扩散到达三相反应界面，通过电化学反应消耗燃料和氧气进行产电。
并且阳极侧肋与阳极气体扩散层300的接触面积跟燃料流道310与阳极气体扩散层300的接触面积之比为1:1，阴极侧连接板800上的凸肋单元132与阴极电流收集层700、空气流道710与阴极电流收集层700的接触面积之比接近1:1。
本实施例的连接板、阳极气体扩散层300、阳极功能层400、电解质层500、阴极功能层600、阴极电流收集层700所采用的材料分别为不锈钢、Ni-YSZ、Ni-YSZ、YSZ、LSM-YSZ、LSM，其中YSZ：氧化钇稳定的氧化锆，LSM: 锶掺杂的锰酸镧；Ni-YSZ: 镍- 氧化钇稳定的氧化锆复合电极；LSM-YSZ: LSM-氧化钇稳定的氧化锆复合电极。
本实施例的阳极侧的连接体基板、阳极的侧肋、阳极气体扩散层300、阳极功能层400、电解质层500、阴极功能层600、阴极电流收集层700、阴极侧的凸肋单元132、阴极侧的板体100厚度分别为1 mm、1 mm、0.8 mm、20μm、10 um、20 um、50 um、1 mm、1 mm。
本实施例的燃料流道310的宽度为1mm，阳极侧肋的宽度为1mm。
所述燃料流道310与所述空气流道710的流向呈反向设置。
凸肋单元132的两种三角形结构的边长分别为1.8mm、1.14mm、1.14mm与1 mm、0.81mm、0.81 mm。
将上述电池几何及材料物性参数输入计算模型，采用实验电池得到的电化学参数，对电池性能进行计算，并给出组分浓度分布信息，如图6和图7所示。
实施例2：
如图8和图9所示，本实施例的电池单元包括依次叠合的阳极侧连接板200、阳极气体扩散层300、阳极功能层400、电解质层500、阴极功能层600、阴极电流收集层700和阴极侧连接板800，其中阴极侧连接板800和阳极侧连接板200均采用本发明的连接板结构。
所述阴极侧连接板800基板与肋结构围成的区域形成空气流道710，阳极侧连接板200基板与肋结构围成的区域形成燃料流道310。燃料和空气分别通过进气口进入燃料流道310和空气流道710，气体分子通过对流传输和扩散传输进入电极，并在电极内部主要通过气体扩散到达三相反应界面，通过电化学反应消耗燃料和氧气进行产电。
阳极侧连接板200上的凸肋单元132与阳极气体扩散层300的接触面积跟燃料流道310与阳极气体扩散层300的接触面积之比接近1:1，阴极侧连接板800上的凸肋单元132与阴极电流收集层700、空气流道710与阴极电流收集层700的接触面积之比接近1:1。
本实施例的阳极侧的板体100、阳极侧的凸肋单元132、阳极气体扩散层300、阳极功能层400、电解质层500、阴极功能层600、阴极电流收集层700、阴极侧的凸肋单元132、阴极侧的板体100厚度分别为1 mm、1 mm、1 mm、20 μm、10 um、20 um、50 um、1 mm、1 mm。
本实施例的各个板层的材质与实施例1相同。
凸肋单元132的两种三角形结构的边长分别为1.8mm、1.14mm、1.14mm与1 mm、0.81mm、0.81 mm，并且阴极侧和阳极侧的凸肋单元132对称分布。
所述燃料流道310与所述空气流道710的流向呈反向设置。
将上述电池几何及材料物性参数输入计算模型，采用实验电池得到的电化学参数，对电池性能进行计算，并给出组分浓度分布信息，如图10和11所示。
对比例：
如图2所示，本实施例的电池单元包括依次叠合的阳极侧连接板200、阳极气体扩散层300、阳极功能层400、电解质层500、阴极功能层600、阴极电流收集层700和阴极侧连接板800，其中阴极侧连接板800和阳极侧连接板200均采用传统长方体肋的连接板结构，阳极侧连接板200和阴极侧连接板800上的流场侧均设有长方体沟槽状结构的侧肋，阳极侧连接板200基板与肋结构围成长方体沟槽状的燃料流道310，阴极侧连接板800基板与肋结构围成空气流道710。
传统长方体肋的连接板结构包括基体、设于基体上的肋。
所述燃料流道310与所述空气流道710的流向呈反向设置，燃料和空气分别通过进气口进入燃料流道310和空气流道710，气体分子通过对流传输和扩散传输进入电极，并在电极内部主要通过气体扩散到达三相反应界面，通过电化学反应消耗燃料和氧气进行产电。
实施例的阳极侧的基体、阳极的侧肋、阳极气体扩散层300、阳极功能层400、电解质层500、阴极功能层600、阴极电流收集层700、阴极的侧肋、阴极侧的基体厚度分别为1mm、1 mm、0.8 mm、20μm、10 um、20 um、50 um、1 mm、1 mm。
本实施例中的燃料流道310与所述空气流道710的宽度均为1mm，阳极侧的肋宽和阴极侧的肋宽均为1mm。
本实施例的各个板层的材质与实施例1相同。
将上述电池几何及材料物性参数输入计算模型，采用实验电池得到的电化学参数。对电池性能进行计算，并给出组分浓度分布信息，如图3和4所示。
同时参照如图12所示，在0.7V工作电压下，上述三个实施例的输出功率对比，由此可见，相对比于传统的对比例，实施例2的性能提升超过了60%，而实施例1性能提升了24%。
本发明相对于现有的技术，至少具有如下技术效果和优点:
气流在连接板长度方向实现多级分配，使得气流在气道长度方向上均匀度提升。
气流在宽度方向上互相相连，增强了气体在宽度方向上分布的均匀性，可以适应多种多歧管结构和大气道结构的设计和空间布置。
流道设计呈现X型，实现气流在电池片内滞留时间增加，实现更多气体扩散进入电极内部。
由于气流分配的均匀性增强导致的电化学反应速率、温度场等其他物理场分布的均匀性提升，有利于减小电池内部应力，提高SOFC的长期稳定性。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种连接板结构，其特征在于，包括：
板体，至少一侧设置为流场侧，所述流场侧设有沿长度方向延伸的多个横流道槽、沿宽度方向延伸的多个纵流道槽，多个横流道槽沿所述宽度方向间隔排列，多个纵流道槽沿所述长度方向间隔排列，所述横流道槽与所述纵流道槽交叉连通，相邻两个所述横流道槽与相邻两个纵流道槽之间围成凸肋部，所述凸肋部设有呈倾斜设置的斜流道槽。
2.根据权利要求1所述的连接板结构，其特征在于：
所述凸肋部设有两个所述斜流道槽，两个所述斜流道槽呈X交叉设置。
3.根据权利要求2所述的连接板结构，其特征在于：
两个所述斜流道槽将所述凸肋部分割为四个三角形的凸肋单元，相对的两个凸肋单元呈对称设置。
4.根据权利要求3所述的连接板结构，其特征在于：
所述凸肋单元的三角处呈圆角设置。
5.根据权利要求3所述的连接板结构，其特征在于：
在所述流场侧的投影面上，所有所述横流道槽、纵流道槽、斜流道槽的面积与所有凸肋单元的端面的面积之比为1:1。
6.根据权利要求1所述的连接板结构，其特征在于：
所述流场侧设有呈相对设置的进口端和出口端，所述横流道槽、纵流道槽和斜流道槽的宽度从所述进口端往所述出口端的方向逐渐增大。
7.根据权利要求1所述的连接板结构，其特征在于：
所述凸肋部的表面设有抗Cr挥发的保护涂层。
8.一种固体氧化物燃料电池，其特征在于：包括若干如权利要求1至7任意一项所述的连接板结构。
9.根据权利要求8所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于：
还包括依次叠合的若干电池单元，所述电池单元包括依次叠合的阳极侧连接板、阳极气体扩散层、阳极功能层、电解质层、阴极功能层、阴极电流收集层和阴极侧连接板，所述阳极侧连接板和阴极侧连接板至少一个为所述连接板结构。
10.根据权利要求9所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于：
所述阳极侧连接板上的所述流场侧与所述阳极气体扩散层形成燃料流道，所述阴极侧连接板上的所述流场侧与所述阴极电流收集层形成空气流道，所述燃料流道与所述空气流道的流向呈反向设置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410262554.2A CN117855514B (zh) | 2024-03-07 | 2024-03-07 | 一种连接板结构及固体氧化物燃料电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410262554.2A CN117855514B (zh) | 2024-03-07 | 2024-03-07 | 一种连接板结构及固体氧化物燃料电池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117855514A true CN117855514A (zh) | 2024-04-09 |
| CN117855514B CN117855514B (zh) | 2024-06-25 |
Family
ID=90538756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410262554.2A Active CN117855514B (zh) | 2024-03-07 | 2024-03-07 | 一种连接板结构及固体氧化物燃料电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117855514B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1130358A1 (ru) * | 1982-03-16 | 1984-12-23 | Уральский Филиал Всесоюзного Дважды Ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнического Научно-Исследовательского Института Им.Ф.Э.Дзержинского | Гидравлический затвор многоступенчатого аппарата мгновенного вскипани |
| CN1610982A (zh) * | 2001-02-27 | 2005-04-27 | 纳幕尔杜邦公司 | 用于电化学设备的流体流场 |
| CN111146471A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-12 | 武汉理工大学 | 一种一体式可再生燃料电池流场板及其电池结构 |
| CN114267848A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-01 | 吉林大学 | 一种仿生多级分叉流场的燃料电池双极板及其实现方法 |
| CN116742084A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-09-12 | 华中科技大学 | 一种固体氧化物燃料电池连接体及歧管的优化结构 |
-
2024
- 2024-03-07 CN CN202410262554.2A patent/CN117855514B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1130358A1 (ru) * | 1982-03-16 | 1984-12-23 | Уральский Филиал Всесоюзного Дважды Ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнического Научно-Исследовательского Института Им.Ф.Э.Дзержинского | Гидравлический затвор многоступенчатого аппарата мгновенного вскипани |
| CN1610982A (zh) * | 2001-02-27 | 2005-04-27 | 纳幕尔杜邦公司 | 用于电化学设备的流体流场 |
| CN111146471A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-12 | 武汉理工大学 | 一种一体式可再生燃料电池流场板及其电池结构 |
| CN114267848A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-01 | 吉林大学 | 一种仿生多级分叉流场的燃料电池双极板及其实现方法 |
| CN116742084A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-09-12 | 华中科技大学 | 一种固体氧化物燃料电池连接体及歧管的优化结构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117855514B (zh) | 2024-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7507489B2 (en) | Honeycomb type solid electrolytic fuel cell | |
| CN104813528A (zh) | 具有纵向通道和横向通道的固态氧化物燃料电池 | |
| KR101130126B1 (ko) | 평관형 고체산화물 연료전지의 전기 연결재 제작 및 설치 | |
| US20100062302A1 (en) | Metal support and solid oxide fuel cell including the same | |
| CN104521052B (zh) | 燃料电池用集电板及包含其的堆结构物 | |
| US9705148B2 (en) | Stacked structure for fuel cell | |
| EP4181243A2 (en) | Fuel cell interconnect optimized for operation in hydrogen fuel | |
| CN117855514B (zh) | 一种连接板结构及固体氧化物燃料电池 | |
| US11233250B2 (en) | Electrochemical reaction unit including cathode-side frame configured to improve spreading of oxidant gas and electrochemical reaction cell stack | |
| KR100649204B1 (ko) | 연료 전지 시스템, 스택 및 세퍼레이터 | |
| JP3244310B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JP2948441B2 (ja) | 平板型固体電解質燃料電池 | |
| KR100665391B1 (ko) | 개선된 구조의 평판형 고체산화물 연료전지 | |
| TWI788078B (zh) | 包含耐電解之空氣側電極的固體氧化物電解電池 | |
| US12132234B2 (en) | Fuel cell interconnect optimized for operation in hydrogen fuel | |
| US20240204304A1 (en) | Solid oxide cell and solid oxide cell stack | |
| US20050186465A1 (en) | Fuel cell system and stack used therein | |
| JP2018185957A (ja) | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック | |
| JP4228895B2 (ja) | 固体酸化物型燃料電池 | |
| EP3579319B1 (en) | Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack | |
| JPH10189023A (ja) | ハニカム一体構造の固体電解質型燃料電池 | |
| JP2023119145A (ja) | 集電体－電気化学反応単セル複合体、および、電気化学反応セルスタック | |
| CN118553973A (zh) | 内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体及电堆系统 | |
| KR20220104863A (ko) | 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택 | |
| KR20150010156A (ko) | 멀티셀 구조를 가지는 평판형 고체산화물 연료전지 및 이의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |