CN118186434A - 电化学电池的燃料供应控制装置 - Google Patents
电化学电池的燃料供应控制装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118186434A CN118186434A CN202310645417.2A CN202310645417A CN118186434A CN 118186434 A CN118186434 A CN 118186434A CN 202310645417 A CN202310645417 A CN 202310645417A CN 118186434 A CN118186434 A CN 118186434A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fuel
- slits
- supply control
- control device
- fuel supply
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 359
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 70
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 14
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 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
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
- C25B13/02—Diaphragms; Spacing elements characterised by shape or form
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
- C25B13/04—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material
- C25B13/05—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material based on inorganic materials
- C25B13/07—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material based on inorganic materials based on ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
- C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
-
- 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
- H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
-
- 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
-
- 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
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
- H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本公开涉及一种电化学电池的燃料供应控制装置，其均匀地分配供应到电化学电池的燃料。该燃料供应控制装置包括：分离器，被构造为具有燃料入口、燃料出口以及布置在燃料入口和燃料出口之间的多个燃料通道；以及燃料供应控制板，堆叠在分离器和固体氧化物电池之间，并被构造为将流入燃料通道的燃料均匀地分配和供应到固体氧化物电池，并且该燃料供应控制板具有多个狭缝，多个狭缝被构造为在与燃料通道正交的方向上延伸，并沿燃料通道的长度方向布置。
Description
技术领域
本公开涉及一种电化学电池的燃料供应控制装置。更具体地，涉及一种电化学电池的燃料供应控制装置，其均匀地分配供应到电化学电池的燃料。
背景技术
利用固体氧化物电池的水电解系统是一种利用电化学反应将水分解为氢气和氧气的装置，并且由于具有诸如高效率、生成的氢气纯度高、爆炸稳定性高等优点而作为可以获得清洁氢气的下一代装置而受到关注。
此外，当供应到水电解系统以引起电化学反应的电力被替换为环保的新能源和可再生能源(例如，太阳能、风能等)时，可以使用盈余电力生产氢气，而没有任何环境污染，因此，可以最大限度地利用新能源和可再生能源。
一般来说，利用固体氧化物电池的水电解系统使用通过堆叠多个单元电池而组装的水电解堆，以满足氢气生产的需求。
水电解堆的单元电池(以下简称为“水电解电池”)具有固体氧化物电池，固体氧化物电池包括氧离子迁移通过的电解质膜以及通过烧结而设置在电解质膜的两个表面上的燃料电极和空气电极。
水电解电池中的电化学反应发生在燃料电极和空气电极的反应界面处，并且电子通过外部电路和电源装置被提供给供应到燃料电极的燃料(即，蒸汽)。蒸汽被电分解成氧离子和氢气，从而产生氢气。氧离子通过电解质膜迁移到空气电极上，并作为氧气排出。
此外，分离器堆叠在固体氧化物电池的上表面和下表面上，并且燃料通过在分离器上形成的燃料通道供应到固体氧化物电池。
然而，在传统的水电解电池中，由于在水电解电池的上游部分的燃料通道处的反应性高于在水电解电池的下游部分的燃料通道处的反应性，因此大部分的电化学反应都集中在燃料通道的入口处，因此，水电解电池的稳定性降低，从而导致水电解电池的劣化。
本背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本公开的背景的理解，因此，可能包含不构成该国内本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开是为了解决与现有技术相关的上述问题而作出的，并且本公开的目的是提供一种电化学电池的燃料供应控制装置，其可以均匀地分配供应到电化学电池的固体氧化物电池的燃料。
在一个方面，本公开提供一种电化学电池的燃料供应控制装置，该电化学电池包括固体氧化物电池和堆叠在固体氧化物电池上的分离器，该燃料供应控制装置包括：分离器，被构造为具有燃料入口、燃料出口以及布置在燃料入口和燃料出口之间的多个燃料通道；以及燃料供应控制板，堆叠在分离器和固体氧化物电池之间，并被构造为将流入燃料通道的燃料均匀地分配和供应到固体氧化物电池，其中该燃料供应控制板具有多个狭缝，多个狭缝被构造为在与燃料通道正交的方向上延伸，并沿燃料通道的长度方向布置。
在示例性实施例中，多个狭缝可以被构造为使得位于相对靠近燃料入口的狭缝的宽度小于位于相对远离燃料入口的狭缝的宽度。此处，多个狭缝中的至少两个可以具有不同的宽度。
在另一示例性实施例中，多个狭缝之间的距离可以在从燃料入口到燃料出口的方向上逐渐减小。此处，多个狭缝之间的距离中至少两个可以是不同的。多个狭缝之间的距离可以是多个狭缝之中彼此最接近的狭缝之间的距离。
在另一示例性实施例中，多个狭缝可以在燃料通道的布置方向上延伸，并且可以延伸到面向燃料通道之中设置在最外侧位置的燃料通道的位置。此处，狭缝可以具有相等的长度。
在另一示例性实施例中，燃料通道可以在燃料入口和燃料出口之间按行布置，并且可以在与燃料入口和燃料出口的长度方向正交的方向上延伸。
另一方面，本公开提供一种电化学电池的燃料供应控制装置，该电化学电池包括固体氧化物电池和堆叠在固体氧化物电池上的分离器，该燃料供应控制装置包括：分离器，被构造为具有燃料入口、燃料出口以及布置在燃料入口和燃料出口之间的多个燃料通道；以及燃料供应控制板，被构造为具有沿燃料通道的长度方向布置的多个狭缝，并且堆叠在分离器和固体氧化物电池之间，其中多个狭缝被构造为使得位于相对靠近燃料入口的狭缝的宽度小于位于相对远离燃料入口的狭缝的宽度。
以下讨论本公开的其它方面和示例性实施例。
附图说明
现在将参照附图中示出的本公开的某些示例性实施例来详细描述本公开的上述和其它特征，这些示例性实施例在下文中仅以示例的方式给出，因此并不限制本公开，并且其中：
图1是示出根据本公开的一个实施例的电化学电池的燃料供应控制装置的分解立体图；
图2是示出根据本公开的一个实施例的燃料供应控制装置的组装立体图；
图3是示出根据本公开的一个实施例的燃料供应控制装置的平面图；
图4是沿图3的A-A线截取的纵向截面图；
图5是根据本公开的一个实施例的分离器的平面图；
图6是根据本公开的一个实施例的燃料供应控制板的平面图；
图7A是示出向未应用根据本公开的一个实施例的燃料供应控制板的一般电化学电池供应燃料的状态的纵向截面图；
图7B是示出向应用了根据本公开的一个实施例的燃料供应控制板的电化学电池供应燃料的状态的纵向截面图；以及
图8是示出应用了根据本公开的一个实施例的燃料供应控制板的电化学电池的纵向截面图。
应理解的是，附图不一定按比例绘制，而是呈现了说明本公开的基本原理的各种特征的某种程度的简化表示。本文所公开的包括诸如具体尺寸、方向、位置和形状的本公开的具体设计特征将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。
在图中，附图标记在整个附图的多张图中指代本公开的相同或等同的部件。
具体实施方式
在下面的描述中阐述的本公开的实施例中的具体结构或功能描述将被示例性地给出，以描述本公开的实施例，并且本公开可以以许多替代形式实现。
在以下对实施例的描述中，将理解的是，当部件“包括”、“包含”元件时，除非上下文另外明确指出，否则该部件并不排除其它元件，并且可以进一步包括其它元件。
此外，在以下对实施例的描述中，诸如“第一”、“第二”等术语仅用于描述各种元件，并且这些元件不应该被解释为受这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件与其它元件。例如，下文描述的第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，下文描述的第二元件可以被称为第一元件，而不脱离本公开的范围。
本公开通过均匀地控制供应到固体氧化物电池的燃料量，在电化学电池的固体氧化物电池的所有活性反应点实现均匀的电化学反应，并且由此，减少固体氧化物电池的活性反应点之间的反应偏差，并确保电化学电池的稳定性和性能。
在下文中，将参照附图描述本公开的实施例。附图中表达的事项是为了方便地解释本公开的实施例而图式化，并且可能与实际实施的形式不同。
图1是示出根据本公开的一个实施例的电化学电池的燃料供应控制装置的分解立体图，图2是示出根据本公开的一个实施例的燃料供应控制装置的组装立体图，图3是示出根据本公开的一个实施例的燃料供应控制装置的平面图，图4是沿图3的A-A线截取的纵向截面图，图5是根据本公开的一个实施例的分离器的平面图，图6是根据本公开的一个实施例的燃料供应控制板的平面图，图7A是示出向未应用根据本公开的一个实施例的燃料供应控制板的一般电化学电池供应燃料的状态的纵向截面图，图7B是示出向应用了根据本公开的一个实施例的燃料供应控制板的电化学电池供应燃料的状态的纵向截面图，并且图8是示出应用了根据本公开的一个实施例的燃料供应控制板的电化学电池的纵向截面图。
根据本公开的一个实施例的燃料供应控制装置被构造为均匀地控制供应到电化学电池的固体氧化物电池的燃料的流量。电化学电池可以是水电解堆的单元电池(即，水电解电池)。水电解电池可以使用蒸汽作为燃料，或者可以使用蒸汽和氢气的混合物作为燃料。
如图1至图4所示，燃料供应控制装置100包括分离器110以及堆叠在分离器110的一个表面上的燃料供应控制板120。
分离器110形成为具有指定厚度的平板，并且堆叠在固体氧化物电池210的一个表面上(参照图8)。
如图1和图5所示，多个燃料通道111设置在分离器110的一个表面上。此处，分离器110的表面是分离器110的面向固体氧化物电池210的内表面。也就是说，燃料通道111形成在分离器110的内表面上。
燃料通道111在分离器110的内表面上形成为凹陷形状。燃料通道111形成为具有指定的长度、宽度和深度。燃料通道111按行布置，以彼此隔开指定的距离。
在本实施例中，燃料通道111可以以相等的间隔布置，并且可以形成为具有相同的宽度，但是燃料通道111的结构不受此限制。此外，燃料通道111可以平行地布置，并且可以具有相同的长度。
通道肋条116分别设置在燃料通道111之间。通道肋条116可以形成为具有相同的宽度，但是通道肋条116的结构不受此限制。当燃料供应控制板120被堆叠在分离器110上时，通道肋条116被压在燃料供应控制板120的面向分离器110的表面上。
燃料通道111被设置在燃料入口112和燃料出口113之间。也就是说，分离器110具有被设置在燃料通道111的两侧处的燃料入口112和燃料出口113。燃料通道111在与燃料入口112和燃料出口113的长度方向正交的方向上延伸。燃料入口112和燃料出口113在长度方向上设置在燃料通道111的两侧处。
入口侧台阶平面部(即，第一台阶平面部)114设置在燃料入口112和燃料通道111之间。此外，出口侧台阶平面部(即，第二台阶平面部)115设置在燃料出口113和燃料通道111之间。
各个台阶平面部114和115形成在分离器110的内表面上。台阶平面部114和115可以在分离器110的内表面上形成为凹陷形状。台阶平面部114和115可以凹陷到与燃料通道111相同的深度。
燃料入口112通过第一台阶平面部114形成为与燃料通道111的端部相邻。燃料出口113通过第二台阶平面部115形成为与燃料通道111的其它端部相邻。
燃料入口112和燃料出口113被设置为隔着燃料通道111彼此面对。燃料入口112和燃料出口113形成为具有指定长度和宽度的开口。燃料入口112和燃料出口113可以相对于燃料通道111彼此对称。
燃料入口112和燃料出口113在燃料通道111的布置方向上延伸。燃料入口112和燃料出口113延伸到燃料通道111之中被设置在最外侧位置的燃料通道111。燃料入口112和燃料出口113在与燃料通道111正交的方向上延伸。
供应到燃料入口112的燃料通过第一台阶平面部114流入燃料通道111(参照图7A和图7B中由实线表示的箭头)。此处，流入燃料通道111的燃料在通过燃料通道111的同时，通过燃料供应控制板120供应到固体氧化物电池210。此处，未供应到固体氧化物电池210的部分燃料通过燃料出口113排出。
燃料供应控制板120堆叠在具有上述配置的分离器110的内表面上。燃料供应控制板120被构造为将在通过燃料通道111的同时流动的燃料均匀地分散和传送到固体氧化物电池210的所有活性反应点。
如图1和图6所示，燃料供应控制板120形成为具有指定厚度的平板，并且堆叠在分离器110的内表面上。燃料供应控制板120具有多个狭缝121，以便控制供应到固体氧化物电池210的燃料的流量。
狭缝121可以通过计算机数字控制(CNC)工艺、冲压工艺、激光工艺、蚀刻工艺等形成在燃料供应控制板120中。
狭缝121在厚度方向上穿过燃料供应控制板120形成。此处，各个狭缝121形成为具有指定长度和宽度的直线型开口。各个缝隙121在燃料通道111的布置方向上延伸。也就是说，各个狭缝121在与燃料通道111正交的方向上延伸。此外，各个狭缝121延伸到面向燃料通道111之中被设置在最外侧位置的燃料通道111的位置。狭缝121可以具有相同的长度L。
此外，狭缝121在燃料通道111的长度方向上布置。此处，如图3所示，位于相对靠近燃料入口112的狭缝121的宽度小于位于相对远离燃料入口112的狭缝121的宽度。也就是说，狭缝121的宽度在从燃料入口112到燃料出口113的方向上逐渐增加。
再次参照图3和图6，在一些实施例中，位于相对靠近燃料入口112的第一狭缝121a的宽度a1小于位于相对靠近燃料出口113的第二狭缝121b的宽度a3。此外，第一狭缝121a的宽度a1小于位于第一狭缝121a和第二狭缝121b之间的第三狭缝121c的宽度a2。另外，第二狭缝121b的宽度a3大于第三狭缝121c的宽度a2。此处，第一狭缝121a具有相同的宽度a1，并且第二狭缝121b具有相同的宽度a3。此外，第三狭缝121c具有相同的宽度a2。
同样，至少两个狭缝121可以具有不同的宽度，并且狭缝121中的一些可以具有相同的宽度。此外，虽然在图中没有示出，但在另一实施例中，所有狭缝121可以具有不同的宽度。此处，狭缝121的宽度在燃料通道111的长度方向上延伸。此外，狭缝121彼此平行地设置。
具有狭缝121的燃料供应控制板120通过狭缝121将通过燃料通道111的燃料均匀地分散，以便将燃料传送到固体氧化物电池210。参照图7B，由于燃料供应控制板120的狭缝121的宽度随着狭缝121更靠近燃料出口113而逐渐增大，因此狭缝121限制了在燃料通道111中流动的燃料在垂直方向上的流动，从而使供应到固体氧化物电池210的燃料的流量均匀。此处，燃料在垂直方向上的流动是燃料在分离器110和燃料供应控制板120的堆叠方向上的流动。也就是说，燃料在垂直方向上的流动是燃料在从分离器110的燃料通道111到燃料供应控制板120的方向上的流动。
燃料供应控制板120均匀地控制供应到固体氧化物电池210的燃料每单位面积的质量通量，从而改善固体氧化物电池210的电化学活性反应点之间的蒸汽分压偏差，以便使固体氧化物电池210的可逆电压均匀。
此外，在一些实施例中，如图6所示，狭缝121之间的距离在从燃料入口111到燃料出口113的方向上逐渐减小。也就是说，狭缝121之间的距离随着狭缝121更靠近燃料入口112而增加，并随着狭缝121更靠近燃料出口113而减小。此处，狭缝121之间的距离表示狭缝121之中彼此最接近的狭缝121之间的距离。也就是说，狭缝121之间的距离中的至少两个可以具有不同的值，并且狭缝121之间的距离中的一些可以具有相同的值。
再次参照图6，在一些实施例中，位于靠近燃料入口112的第一狭缝121a之间的距离具有值b1，位于靠近燃料出口113的第二狭缝121b之间的距离具有值b3，并且位于燃料入口112和燃料出口113之间的第三狭缝121c之间的距离具有值b2。此外，位于靠近燃料入口112的第一狭缝121a之间的距离b1大于位于靠近燃料出口113的第二狭缝121b之间的距离b3，并且大于位于燃料入口112和燃料出口113之间的第三狭缝121c之间的距离b2。此外，距离b3小于距离b2。
此外，虽然在图中没有示出，但在另一实施例中，狭缝121之间的所有距离可以不同。另外，狭缝121可以具有相同的长度。狭缝121的长度在燃料通道111的布置方向上延伸。
燃料供应控制板120具有具有上述特征的狭缝121，并且可以因此更均匀地控制供应到固体氧化物电池210的燃料的流量。也就是说，燃料供应控制板120减小设置在靠近与燃料入口112相比具有相对较低的燃料流量的燃料出口113的第二狭缝121b之间的距离，并且因此使从燃料通道111在燃料路径的下游部分传送给固体氧化物电池210的燃料流量的降低最小化。
参照图3和图4，由于燃料供应控制板120在分离器110上的堆叠，燃料通道111和狭缝121彼此正交，并且由此，流入燃料通道111的燃料通过燃料通道111和狭缝121彼此重叠的部分供应到固体氧化物电池210。
图7A示出向未应用根据本公开的一个实施例的燃料供应控制板的一般电化学电池供应燃料的状态，并且图7B示出向应用了根据本公开的一个实施例的燃料供应控制板的电化学电池供应燃料的状态。尽管为了用箭头表示供应到固体氧化物电池210的燃料的流量，图7A和图7B示出彼此分开的固体氧化物电池210、燃料供应控制板120和分离器110，但燃料供应控制板120实际上堆叠在固体氧化物电池210和分离器110之间。此外，在图7A和图7B中，由实线表示的箭头代表燃料在燃料入口112、燃料出口113和燃料通道111中的流动，并且由虚线表示的箭头代表燃料从燃料通道111流向固体氧化物电池210的流量(参照图7A)和燃料从燃料通道111通过燃料供应控制板120流向固体氧化物电池210的流量(参照图7B)。更具体地，图7A和图7B中由虚线表示的箭头的长度代表燃料的相对流量。
如图7A所示，在燃料供应控制板120没有设置在固体氧化物电池210和分离器110之间的情况下，随着通过燃料入口112流入燃料通道111的燃料朝向燃料出口113流动，供应到固体氧化物电池210的燃料每单位面积的质量通量减少。因为随着流入燃料通道111的燃料首先从设置在燃料路径的上游部分的燃料通道111供应到固体氧化物电池210并因此被消耗，从设置在燃料路径的中游部分和下游部分的燃料通道111供应到固体氧化物电池210的燃料的流量降低。随着从设置在燃料路径的中游部分和下游部分的燃料通道111供应到固体氧化物电池210的燃料的流量相对降低，固体氧化物电池210的电化学反应逐渐减少，因此，在燃料沿燃料通道111的流动方向上发生固体氧化物电池210的反应偏差。
另一方面，如图7B所示，在燃料供应控制板120设置在固体氧化物电池210和分离器110之间的情况下，从设置在燃料路径的上游部分的燃料通道111供应到固体氧化物电池210的流量相对降低。由此，从设置在燃料路径的中游部分和下游部分的燃料通道111供应到固体氧化物电池210的燃料的流量增加，供应到固体氧化物电池210的所有活性反应点的燃料的流量变得均匀，并且因此，电化学反应均匀地发生在固体氧化物电池210的整个反应界面上。
如图7B中虚线表示的箭头所示，从燃料通道111流向燃料供应控制板120的燃料的流量在燃料通道111的长度方向上逐渐减小，但是通过燃料供应控制板的狭缝121供应到固体氧化物电池210的燃料的流量是均匀的。
安装有燃料供应控制板120的电化学电池200可以具有图8所示的截面结构。
如图8所示，电化学电池200包括固体氧化物电池210、堆叠在固体氧化物电池210的两个表面上的一对分离器110和300以及堆叠在固体氧化物电池210和分离器110之间的燃料供应控制板120。
固体氧化物电池210包括燃料电极211、空气电极212以及堆叠在燃料电极211和空气电极212之间的电解质膜213。燃料供应控制板120被设置为与燃料电极211相邻。此处，燃料供应控制板120堆叠在第二分离器110和燃料电极211之间。第一分离器300可以形成为具有与第二分离器110相同的结构。第一分离器300被设置为使得第一分离器300的燃料通道310与第二分离器110的燃料通道111正交。
参照图6、图7A和图7B，燃料供应控制板120具有第一开口123和第二开口124。第一开口123和第二开口124位于燃料供应控制板120的面向分离器110的燃料入口112和燃料出口113的指定位置。当燃料供应控制板120堆叠在固体氧化物电池210和分离器110之间时，第一开口123和第二开口124位于燃料入口112和燃料出口113上以与燃料入口112和燃料出口113重叠。
因此，为了防止燃料通过第一开口123和第二开口124朝向固体氧化物电池210流动，在固体氧化物电池210的一个表面上形成密封膜214。密封膜214可以密封开口123和124，以便防止燃料通过开口123和124流动。
燃料供应控制板120均匀地分散从分离器110的燃料通道111流出的燃料，并将燃料供应到固体氧化物电池210。此处，燃料被供应到固体氧化物电池210的燃料电极211。如图8中由虚线表示的箭头所示，燃料被均匀地供应到燃料电极211的所有活性反应点，从而使燃料电极211和电解质膜213之间的反应界面处的电化学反应分布均匀。
当燃料被供应到燃料电极211时，燃料中的蒸汽通过所供应的电力而分解成氧离子和氢气，并且氧离子通过电解质膜213迁移到空气电极212。氧离子在空气电极212处与电子结合，从而产生氧气，并且氧气被排出。
从以上描述可以看出，本公开提供一种电化学电池的燃料供应控制装置，该燃料供应控制装置可以均匀地分配供应到固体氧化物电池的所有活性反应点的燃料，并且可以因此在固体氧化物电池的所有区域实现均匀的电化学反应，从而使固体氧化物电池的活性反应点之间的反应偏差最小化，并且确保电化学电池的稳定性和性能。
参照示例性实施例对本公开进行了详细描述。然而，本领域的技术人员将理解的是，在不脱离本公开的原理和思想的情况下，可以对这些实施例进行改变，本公开的范围在所附的权利要求书及其等同内容中限定。
Claims (14)
1.一种电化学电池的燃料供应控制装置，所述电化学电池包括固体氧化物电池和堆叠在所述固体氧化物电池上的分离器，所述燃料供应控制装置包括：
所述分离器，具有燃料入口、燃料出口以及布置在所述燃料入口和所述燃料出口之间的多个燃料通道；以及
燃料供应控制板，堆叠在所述分离器和所述固体氧化物电池之间，所述燃料供应控制板将流入所述燃料通道的燃料均匀地分配和供应到所述固体氧化物电池；
其中，所述燃料供应控制板具有多个狭缝，所述多个狭缝在与所述燃料通道正交的方向上延伸，并沿所述燃料通道的长度方向布置。
2.根据权利要求1所述的燃料供应控制装置，其中，所述多个狭缝包括位于所述燃料入口附近的多个第一狭缝以及位于比所述多个第一狭缝离所述燃料入口更远的多个第二狭缝，所述多个第一狭缝的宽度小于所述多个第二狭缝的宽度。
3.根据权利要求2所述的燃料供应控制装置，其中，所述多个狭缝中的至少两个具有不同的宽度。
4.根据权利要求1所述的燃料供应控制装置，其中，所述多个狭缝中的每一个之间的距离在从所述燃料入口到所述燃料出口的方向上逐渐减小。
5.根据权利要求4所述的燃料供应控制装置，其中，所述多个狭缝之间的距离中的至少两个是不同的，并且所述多个狭缝之间的距离是所述多个狭缝之中彼此最接近的狭缝之间的距离。
6.根据权利要求1所述的燃料供应控制装置，其中，所述多个狭缝中的每一个在所述燃料通道的布置方向上延伸，并且所述多个狭缝中的每一个延伸到面向所述燃料通道之中设置在最外侧位置的燃料通道的位置。
7.根据权利要求6所述的燃料供应控制装置，其中，所述多个狭缝中的每一个具有相等的长度。
8.根据权利要求1所述的燃料供应控制装置，其中，所述燃料通道在所述燃料入口和所述燃料出口之间按行布置，并且所述燃料通道在与所述燃料入口和所述燃料出口的长度方向正交的方向上延伸。
9.一种电化学电池的燃料供应控制装置，所述电化学电池包括固体氧化物电池和堆叠在所述固体氧化物电池上的分离器，所述燃料供应控制装置包括：
所述分离器，具有燃料入口、燃料出口以及布置在所述燃料入口和所述燃料出口之间的多个燃料通道；以及
燃料供应控制板，具有沿所述燃料通道的长度方向布置的多个狭缝，并堆叠在所述分离器和所述固体氧化物电池之间；
其中，所述多个狭缝使得位于靠近所述燃料入口的多个第一狭缝中的每一个的宽度小于位于比所述多个第一狭缝离所述燃料入口相对更远的多个第二狭缝中的每一个的宽度。
10.根据权利要求9所述的燃料供应控制装置，其中，所述多个狭缝中的每一个之间的距离在从所述燃料入口到所述燃料出口的方向上逐渐减小。
11.根据权利要求9所述的燃料供应控制装置，其中，所述多个狭缝中的至少两个具有不同的宽度。
12.根据权利要求10所述的燃料供应控制装置，其中，所述多个狭缝中的每一个之间的距离中的至少两个是不同的，并且所述多个狭缝中的每一个之间的距离是所述多个狭缝之中彼此最接近的狭缝之间的距离。
13.根据权利要求9所述的燃料供应控制装置，其中，所述多个狭缝在所述燃料通道的布置方向上延伸，并且延伸到面向所述燃料通道之中设置在最外侧位置的燃料通道的位置。
14.根据权利要求9所述的燃料供应控制装置，其中，所述燃料通道在所述燃料入口和所述燃料出口之间按行布置，并且所述燃料通道在与所述燃料入口和所述燃料出口的长度方向正交的方向上延伸。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2022-0172920 | 2022-12-12 | ||
| KR1020220172920A KR20240087325A (ko) | 2022-12-12 | 2022-12-12 | 전기화학 셀의 연료 공급 제어 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118186434A true CN118186434A (zh) | 2024-06-14 |
Family
ID=91380471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310645417.2A Pending CN118186434A (zh) | 2022-12-12 | 2023-06-02 | 电化学电池的燃料供应控制装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240194903A1 (zh) |
| KR (1) | KR20240087325A (zh) |
| CN (1) | CN118186434A (zh) |
-
2022
- 2022-12-12 KR KR1020220172920A patent/KR20240087325A/ko unknown
-
2023
- 2023-05-16 US US18/197,872 patent/US20240194903A1/en active Pending
- 2023-06-02 CN CN202310645417.2A patent/CN118186434A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20240087325A (ko) | 2024-06-19 |
| US20240194903A1 (en) | 2024-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6794079B2 (en) | Fuel cell | |
| CN101267042B (zh) | 双极板流场中的流动通道的分叉 | |
| US8110319B2 (en) | Fuel cell stack components | |
| US7468217B2 (en) | Separator passage structure of fuel cell | |
| US7867666B2 (en) | Fuel cell with triangular buffers for reactant gas and coolant | |
| US10727511B2 (en) | Fuel cell | |
| US20060204826A1 (en) | Geometric feature driven flow equalization in fuel cell stack gas flow separator | |
| JP4738411B2 (ja) | 打ち抜き加工で製造されたｐｅｍ燃料電池プレート | |
| JP7323379B2 (ja) | 燃料電池セパレータと燃料電池セル | |
| US20100239931A1 (en) | Fuel cell | |
| JP5098212B2 (ja) | 燃料電池 | |
| EP3041075B1 (en) | Fuel cell unit | |
| US8409767B2 (en) | Fuel cell | |
| US11811104B2 (en) | Bipolar plate with undulating channels | |
| CN118186434A (zh) | 电化学电池的燃料供应控制装置 | |
| KR20230068959A (ko) | 가스 균등 분배 구조가 구비된 분리판을 포함하는 연료전지 스택 | |
| US20060054221A1 (en) | Bipolar plate channel structure with knobs for the improvement of water management in particular on the cathode side of a fuel cell | |
| EP2224524B1 (en) | Fuel cell structure and separator plate for use therein | |
| JP2017016827A (ja) | 燃料電池 | |
| EP4075554B1 (en) | Fuel cell with a separator and fuel cell stack | |
| US20120015280A1 (en) | Flow field design for high current fuel cell applications | |
| KR20070035859A (ko) | 바이폴라 플레이트 및 이를 채용한 연료전지 스택 | |
| KR20030035433A (ko) | 용융탄산염 연료전지 분리판의 집전판 | |
| KR20200020519A (ko) | 연료전지 스택 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |