CN1252844C - 一种平板组装式固体氧化物燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型固体氧化物燃料电池，更具体而言，本发明涉及一种全新结构的、平板组装式、可拆卸、串并联混合的固体氧化物燃料电池，包括通过导电连接结构连接的多个单体电池，其中，所述导电连接结构为可拆卸的导电连接结构。本发明还涉及所述电池制备方法。

Description

一种平板组装式固体氧化物燃料电池

技术领域

本发明涉及一种新型固体氧化物燃料电池(SOFC)，更具体而言，本发明涉及一种全新结构的、平板组装式、可拆卸、串并联混合的固体氧化物燃料电池(SOFC)，本发明还涉及所述电池制备方法。

背景技术

作为一种清洁高效的新型能源系统，固体氧化物燃料电池在近期迅速发展，成为全球能源领域的研究热点和重点。

目前主要发展了管式结构和平板式结构两种形式的SOFC电池组。管状结构SOFC发展比较早，也比较成熟。单电池由一端封闭，一端开口的管子构成。单电池通过阴、阳极间联接形成电池堆，试运行系统可以达到200kw发电量，已经运行了近万小时。管状结构电池堆单体电池自由度大，不易开裂；采用多孔陶瓷作为支撑体，结构坚固；不用高温密封，容易联接。但是阴一阳极间距大，内阻损失大；支撑管重量和体积大，能量密度低；支撑管厚，气体扩散通过此管变成速率控制步骤；必须采用电化学气相沉积(EVD)工艺制备电解质和电极层，生产成本高。在目前SOFC开始向商业化转化的形势下，其能量密度低，生产工艺复杂，加工成本高成为制约其发展的突出问题。

平板式结构SOFC最近才引起了人们的关注，这种几何形状简单的设计为其制作拓宽了领域。平板式结构SOFC电池堆中，电池串联联接，电流依次流过各薄层，路径短，内阻损失小，能量密度高；结构灵活，气体流通方式多；组元分开制备，工艺简便、多样；电解质薄膜化，工作温度降低(700-800℃)。

传统平板型SOFC结构，单体电池由阳极、电解质、阴极组成薄膜，两边带槽的连接体联接相邻电池的阴极和阳极，并在两侧分别提供燃料气和氧化气的气体通道，同时实行气体隔绝。如专利USP5470672采用平板直沟形式的气体通道，USP4883497采用了瓦楞式结构提供气体通道。改进型的平板SOFC结构，如专利CN2368165Y所述，将连接体上的气体通道改为蛇形沟槽，使得反应气体在电池堆中流动更为均匀；专利CN2400908Y报道了在连接板槽脊与固体电解质上的阳极膜一侧引入多孔镍板，以改善连接板槽脊与固体电解质上的阳极膜一侧的硬接触，提高阳极侧燃料利用率，缓解电池堆的热应力和机械应力。

平板型结构SOFC，虽然有效地提高了电池功率密度，并实现了单体电池低成本大批量生产，但是这种结构还存在很多问题。首先由阳极、电解质、阴极组成薄膜与连接体之间要采用玻璃或玻璃陶瓷材料烧结形成连接，以实现密封和绝缘，然而由于被连接材料间的不同的热膨胀系数必然导致电池系统在循环工作条件下，反复受较大的热应力作用，尤其是在阳极、电解质、阴极组成三合一薄膜向超薄化发展的趋势下，其寿命与可靠性的问题愈发突出。其次，由于单体电池与连接体之间通过接触实现电流连通，这种结构对单体电池膜片和连接体平板的平整度有极高的要求，例如对尺寸为100×100×0.15mm的氧化钇稳定氧化锆电解质，要求平整度误差为±5μm，这种要求大大提高了加工的难度和成本。另外，通过封接材料烧结后实现单体电池与连接体之间的依次连接，单体电池之间完全串联，形成整体结构(被称为电池模块)，SOFC电池堆一旦被封接成型后，就不能拆卸。在这种结构中，当其中一片单体电池出现故障时，无法更换，只能使整体电池模块报废。

针对上述平板型结构中存在的问题，人们进行了大量的尝试工作。如USP4883497和CN2368165Y，使得气流更为均匀，但是不能系统解决问题，同时结构复杂，造成了加工困难，成本上升，当采用陶瓷材料连接体时，甚至是难以成型和加工。CN2400908Y虽然局部缓解了SOFC内部应力，但是不能从总体上根本消除热应力。

综上所述，目前迫切需要发展一种全新结构的SOFC，在保持平板型SOFC高功率密度、低成本、易加工等优良特性的基础上，解决其内部热应力的问题，改善其封接困难，优化、简化器件结构，降低制作成本，提高运行的可靠性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型固体氧化物燃料电池(SOFC)，更具体而言，本发明涉及一种全新型、平板组装式、可拆卸、串并联混合的固体氧化物燃料电池及其制备方法。

在本发明第一方面，提供固体氧化物燃料电池堆，包括通过导电连接结构连接的多个单体电池，其中，所述导电连接结构为可拆卸的导电连接结构。

在本发明第二方面，提供一种根据上述第一方面的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述导电连接结构为机械气密连接，优选为压力连接结构。

在本发明第三方面，提供一种根据上述第二方面的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述单体电池采用平板式结构。

在本发明第四方面，提供一种根据上述第二方面的固体氧化物燃料电池堆，包括单体电池1、弹性电连接材料2、密封垫片3、双极片4、金属配气板5的反复叠层结构。

在本发明第五方面，提供一种根据上述第二方面的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述导电连接结构包括弹性电流连接材料2、密封垫3和双极片4，在压紧时，弹性电连接材料2穿过密封垫3，并且其一面与单体电池1中的一个电极相连，另一面与双极片4相连。

在本发明第六方面，提供一种根据上述第五方面的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述弹性电流连接材料2是随机团聚成一定厚度金属丝，金属丝的直径例如为0.2-1mm，或者是多孔金属毡、金属海棉体、或具有弹性结构的弯曲金属薄片。

在本发明第七方面，提供一种根据上述第六方面的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述弹性电流连接材料2在阳极一侧是选自镍、铜或不锈钢的金属，在阴极一侧是耐热抗氧化的Fe-Cr合金丝或带有抗氧化涂层的镍丝、铜丝，例如涂有锰酸镧、铬酸镧、氧化锆陶瓷的金属或合金丝随机缠绕在一起，或者是上述材料制成的多孔金属毡、金属海棉体。

在本发明第八方面，提供一种根据上述第五方面的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述密封垫(3)在阳极一侧为金、银、镍、铜、不锈钢、等材料制成的的箔片或炭纸，在阴极一侧为金、银、等材料制成的的箔片，或涂覆抗氧化涂层镍、铜、不锈钢等金属箔片，或采用云母纸等薄片材料。

在本发明第九方面，提供一种根据上述第五方面的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述双极片4优选为薄片状金属。优选低膨胀、耐热、抗氧化铁素体合金钢(Fe-Cr合金)，在阴极一侧还优选表面涂敷锰酸镧、铬酸镧等抗氧化涂层。

附图说明

附图1全新结构的SOFC电池堆示意图

附图2SOFC单体电池结构示意图

附图3SOFC单体电池剖视图

附图4全新结构的SOFC电池堆剖面示意图

具体实施方式

以下以非限制方式结合附图更具体地介绍本发明。

电池堆结构

本发明的电池堆优选采用平板式叠层结构，但是也可以采用其它布置方式，只要单体电池之间通过可拆卸的导电连接结构连接即可。各个单体电池之间可以串联、并联或串并联混合连接方式。

在本发明的一个方案中，本发明的全新结构的SOFC电池堆采用平板式叠层结构，包括单体电池1、弹性电连接材料2、密封垫片3、金属双极片4、金属配气板5等各种部件，其结构例如图1所示。

单体电池

在本发明的电池堆中，可以采用各种单体电池，只要其结构和类型适于与本发明的可拆卸的导电连接结构一起形成燃料电池堆即可。

在一个具体的实施方式中，单体电池1例如由陶瓷上支撑框6、陶瓷下支撑框7、玻璃陶瓷密封材料8以及由阳极、电解质、阴极组成的三合一薄片9等4部分组成，如图2所示。单体电池1可以采用平板式结构。但是，应该理解，在本发明中还可以采用其他结构和类型的单体电池，而不限于图2所示的单体电池。以下描述可用于本发明电池堆的单体电池的一些更具体例子。

本发明SOFC结构中的单体电池1中的由阳极、电解质、阴极组成薄膜9，可以是电解质支撑的三合一薄膜，也可以是阳极支撑的三合一薄膜，或阴极支撑的三合一薄膜，优选电解质支撑的三合一薄膜和阳极支撑的三合一薄膜。电解质材料可以选用全稳定氧化锆，掺杂氧化铈或其他新发展的电解质材料，优选氧化钇稳定氧化锆电解质。阳极材料可以选用贵金属材料，例如铂、金、银等，镍/氧化锆金属陶瓷，铜/氧化锆金属陶瓷或其他新发展的阳极材料，优选镍/氧化锆金属陶瓷和铜/氧化锆金属陶瓷。阴极材料可以选用贵金属材料，例如铂、金、银等，掺杂锰锶酸镧或其他新发展的阴极材料，优选掺杂锰锶酸镧。此薄片的形状可以是在平面内能够形成密堆排列的任意规则的几何图形，例如三角形、菱形、长方形、正方形、正六边型等，综合考虑加工工艺的简化，优选正方形。为了降低单体电池内部电阻，膜片的厚度应尽量低，应在1mm以下，优化的厚度为500μm以下，更优化的厚度为200μm以下。

本发明SOFC结构中的单体电池1中的上下支撑框6和7是一种结构元件，如图3所示，主要起支撑作用，在其内部形成反应气体的空腔，反应气可以自由快速扩散，避免了气体在直板沟槽、蛇型沟槽或瓦楞沟槽间流动时的阻力，提高了反应气体的利用率。作为结构元件，主要要求其具有一定的力学性能和与电解质相匹配的热膨胀性能，而没有导电性能的要求。可以采用陶瓷材料制备支撑框，例如氧化铝陶瓷，氧化锆增韧氧化铝陶瓷(ZTA)，部分稳定氧化锆陶瓷(PSZ)，四方稳定氧化锆陶瓷(TZP)，和全稳定氧化锆陶瓷。优选氧化锆增韧氧化铝陶瓷(ZTA)，部分稳定氧化锆陶瓷(PSZ)，四方稳定氧化锆陶瓷(TZP)和全稳定氧化锆陶瓷(YSZ)。支撑框的几何形状可以是在平面内能够形成密堆排列的任意规则的几何图形，例如三角形、菱形、长方形、正方形、正六边型等。综合考虑加工工艺的简化，优选正方形。并与三合一膜片形状相匹配，优选的厚度为3-5mm，框中凹槽部分的深度为1-2mm，壁宽度为3-8mm。

本发明SOFC结构中的单体电池1中的玻璃陶瓷封接材料8主要连接电解质与支撑框6和7，由于支撑框优先采用ZTA，PSZ、TZP、YSZ等陶瓷材料，与单体电池优选的电解质材料YSZ有很相近甚至相一致的热膨胀性能，因此选用玻璃陶瓷封接材料，优选其热膨胀系数与YSZ电解质材料的接近或相一致。封接材料优选的厚度为0.1-0.5mm。

导电连接结构

本发明的导电连接结构为机械气密连接，优选为压力连接结构。例如，所述导电连接结构可包括弹性电流连接材料2、密封垫片3和双极片4，所述导电连接结构位于单体电池之间在压力作用下构成导电连接。以下的例子更具体地描述了本发明导电连接的各部件。

本发明SOFC结构中的弹性电流连接材料2位于单体电池1中的上下支撑框6和7的内部，主要作用是在单体电池的电极(阴极或阳极)与双极片之间起电流连通作用。当电池堆组装时，各组元被紧密连接在一体，弹性电连接材料2被压紧，一面与单体电池1中的一个电极相连，另一面与双极片4相连，其位置正好穿过金属密封垫3。弹性电流连接材料2作为一种柔性过渡，能够随着支撑框与双极片之间的应力变化发生相应的弹性变形，有效缓解内部应力。对其材料性能的要求是良好的高温电导性、抗氧化性，和低价格。电流连接线材的外观形状和布置要求不影响反应气体自由扩散。

弹性电连接材料2的结构采用细的金属丝，直径为0.2-1mm，随机团聚成一定厚度，或网络编织成一定厚度，例如多孔金属毡、金属海棉体等，具有固定大小和形状，靠压缩连接形成电导体。在电池堆组装时直接放到单体电池1中的上下支撑框6和7的内部。

弹性电连接材料2在阳极一侧可采用镍丝、铜丝、不锈钢金属丝随机缠绕在一起，或上述材料做成的多孔金属毡、金属海棉体、或具有弹性结构的弯曲金属薄片等，或者碳纤维制成的炭毡；阴极一侧采用耐热抗氧化的Fe-Cr合金丝，或是带有抗氧化涂层的镍丝、铜丝，例如涂有锰酸镧、铬酸镧、氧化锆陶瓷的金属或合金丝随机缠绕在一起，或者是上述材料制成的多孔金属毡、金属海棉体等。

本发明SOFC结构中的密封垫片3主要在单体电池的支撑框6、7与金属双极片4之间起气体机械密封作用，并形成柔性连接。当电池堆组装时，各组元被压紧，依靠密封垫片的弹性在紧密连接时形成密封。密封垫片在阳极一侧优选的材料为金、银、镍、铜、不锈钢、等材料制成的的箔片或炭纸等，在阴极一侧优选的材料为金、银、等材料制成的的箔片，或涂覆抗氧化涂层镍、铜、不锈钢等金属箔片，或采用云母纸等薄片材料。金属箔片的几何形状与单体电池相匹配，优选的厚度为0.1-0.5mm。

本发明SOFC结构中的双极片4主要是在相邻两电池单体间起电流连通作用，并通过金属箔片5与支撑框2组成气体反应室。因此双极片优选是薄片状，不需要在其上加工复杂的气体通道，大幅度简化了制作工艺。从材料性能上看，主要强调双极片的高温电导性、在氧化、还原气氛中的稳定性、和致密性，而不再严格要求其低热膨胀性。可以选用高温抗氧化合金材料或在材料表面进行镀膜处理。优选低膨胀、耐热、抗氧化铁素体合金钢(Fe-Cr合金)，在阴极一侧优选表面涂敷锰酸镧、铬酸镧等抗氧化涂层。双极片的几何形状与单体电池相匹配，优选的厚度为0.2-1mm。

本发明SOFC结构中的金属配气板5主要起分别形成燃料气和氧化气通道的作用，材料可以选用耐热低膨胀合金材料。

下面通过实例具体说明如何制备全新构造的电池堆。

实施例1：

三合一制备：可采用中国专利中请号为02129594.8中报道的流延成型方法制备氧化钇全稳定氧化锆(YSZ)电解质膜片，尺寸为50×50×0.15mm，具体制备方法如下：采用YSZ纳米粉体为原料，要求YSZ纳米粉料应具有以下特征：TEM下观测一次粒子粒度15～50nm，N₂吸附比表面10～70m²/g；离心沉降测试二次粒子85％以上集中在0.10～0.60μm微米之间，并于0.3～0.4μm处呈现主峰值；TEM下观测颗粒基本上呈球形，能在水中稳定悬浮24小时以上；X射线衍射中呈现立方晶相。将上述的纳米粉体(这里以YSZ纳米粉料为例)与适宜的溶剂、分散剂、粘结剂和塑化剂混合均匀，球磨后形成均匀粘度的泥浆。通过100微米筛孔，在0.2atm下进行排空气处理，形成固含量相对较高，粘度适宜，成膜性好，稳定悬浮的泥浆。将混合泥浆浇注在一个运动的传送带上，用薄的刮刀将其刮平为薄片。通常刮刀间隙与最终干燥的素坯厚度比为2∶1。干燥后素坯厚度与泥浆的粘度，流延速度，刮刀间隙设置和经刮刀后浆液的高度有关系。泥浆流延成膜后，要放入干燥箱内排除溶剂。采用流延工艺成型电解质薄膜坯体，坯体相对密度在60％以上，外形平整均匀，可以稳定放置，不变型开裂。

电解质薄膜坯体的烧结过程分三步进行：200～400℃的低温阶段，800～1100℃的中温阶段，1300～1450℃的高温阶段。严格控制不同阶段的升温速率。低温阶段：室温～200℃，升温时间1-2小时；200～400℃之间，每隔50℃恒温1-3小时，期间升温速率控制在1-2小时升高50℃。在低温到中温阶段之间，控制升温速率为2-5度/分钟。中温阶段：间隔50℃恒温1-3小时，期间升温速率控制20-30度/小时。在中温到高温阶段之间，控制升温速率为30-50度/小时。高温阶段恒温1-48小时。最后获得电解质薄膜透明、光滑、平整。

在此膜片上的一侧采用流延成型工艺制备厚度为40μm，尺寸为40×40mm的NiO/YSZ多孔阳极材料，1350℃烧结2小时；在此膜片上的另一侧采用丝网印刷工艺制备厚度为40μm，尺寸为40×40mm的锰锶酸镧(LSM)多孔阴极材料，1250℃烧结2小时后获得三合一膜片。

支撑框制备：采用凝胶铸工艺制备YSZ支撑框，单方框尺寸为50×50mm，框边宽度为4mm，厚度为5mm，通气开口处凹槽深度为2mm。总体尺寸为100×100mm。

封接组件制备：可采用中国专利申请号为02147179.7发明的玻璃陶瓷封接材料制备封接组件，先将粉料制成浆体，再采用流延成型方法制备坯体，经过等静压后冲压成型方框，单方框外形尺寸为50×50mm，框边宽度为3mm，厚度为0.3mm。具体制备方法如下：

封接材料制备：根据原料配比称量各种原料，加入200克玛瑙球和150ml 95％的乙醇溶液，放入250ml玛瑙球磨罐中，用行星时球磨机混磨24小时，取出烘干。将预干的粉料放在刚玉坩埚中，置于箱式电阻炉或感应炉或激光加热炉中快速升温，空气气氛至熔化温度1300～4500℃，恒温2小时，将混合料熔融成流动态，快速取出，迅速倒入冷水中快速冷却，形成小块熟料。在将获得的块状熟料放入玛瑙球磨罐中，加玛瑙球后，干磨4小时。加入120ml95％的乙醇溶液，继续混磨24小时，烘干后，过200目筛后，制成封接材料待用。

流延成型坯体薄膜：将100g在实例1中制备的封接材料，加入到20ml含分散剂的水中，球磨24h。加入9.5wt％的PVA溶液，PVA的醇解度为50％，加入丙二醇和PVP，其中，粘结剂总质量为6.20g，PVP的质量为粘结剂总质量的20％，丙二醇的质量为PVA的1/2，1，3-丙二醇的质量为丙二醇的100％，继续球磨24h。将得到的浆料过滤，真空脱气，然后流延，自然干燥8h。

等静压压紧薄膜：将在实例2中制备的封接材料薄膜坯体，平放在一块平整的金属板上，装入橡胶袋中，抽真空后将口封死。放入等静压压机中，稳压1分钟后取出橡胶袋，去掉包装，得到坯体薄片。根据图1种要求的形状，在相应的模型压机上冲压成行为要求的形状，

单体电池组装：将尺寸为100×100mm的YSZ支撑框通气凹槽朝下置于第一层，将4片尺寸为50×50×3mm封接坯料平放在其中为第二层，继续放置4片尺寸为50×50mm的已烧结的阴极、电解质、阳极三合一膜片为第三层，重复放置4片尺寸为50×50×3mm封接坯料在三合一膜片上为第四层，再放置一片尺寸为100×100mm的YSZ支撑框通气凹槽朝上为第五层。上述五层置于托板上，放入高温炉加热到1150℃烧结0.5小时，随炉缓慢冷却后得到与支撑框连接在一起的单体电池。

重复上述工艺，制备多组单体电池。

双极片制备：可采用中国专利申请号为02155409.9发明的低膨胀、耐热、抗氧化铁素体合金钢材料，制备尺寸为100×100mm，厚度为0.8mm金属连接体作为双极片，再其中一侧喷涂LSM涂层，厚度为40μm。双极片具体制备方法如下：采用常规的冶炼技术得到钢水，浇注成合金锭，并通过常规的压力加工方法制成测试所要求的形状、尺寸的试样，从而制备出具有其组成落入以下组成范围的合金材料，按重量比，该合金材料包含：Cr 15～30wt％，Ni 0.1～1wt％，Al 0.1～1wt％，Si 0.1～1.5wt％，Zr 0.1～1wt％，C＜0.05wt％，P＜0.03wt％，S＜0.01wt，和余量的Fe。

组装电池堆：将制备好的双极片(尺寸为100×100×0.8mm)置于第一层；放置密封垫片，尺寸为100×100mm Ni质箔片方框，框边宽度为3mm，厚度为0.2mm为第二层；放置4块多孔Ni质毡片为第三层，尺寸为40×40×4mm，作为弹性电连接材料；放置已经组装好的单体电池为第四层；放置4片铁素体合金钢制成的毡片作为弹性电连接材料为第五层，尺寸为40×40×4mm；放置金箔密封垫片为第五层，尺寸为100×100mm方框，框边宽度为3mm，厚度为0.2mm；将涂有LSM抗氧化涂层的双极片朝下(尺寸为100×100×0.8mm)置于第六层；接下去继续重复上述2到6层的操作，依次形成包含5片单体电池的电池堆。上下方用四根螺栓紧固，最后将带有进出气体通道的铁素体合金钢制成支架紧固在一起，形成整体电池堆，经过气密性检测后，可以进行电池堆性能实验。

实施例2：

将实施例1中阳极与双极片一侧的Ni质密封垫片和作为弹性电连接材料Ni质多孔毡片分别更换为Cu质密封垫片和Cu质多孔毡片，其他组件不变组装整体电池堆。

实施例3：

将实施例1中阳极与双极片一侧的Ni质密封垫片和作为弹性电连接材料Ni质多孔毡片分别更换为炭纸作为密封垫片和炭纤维毡作为弹性电连接材料，其他组件不变组装整体电池堆。

实施例4：

将实施例1中阴极与双极片一侧的金箔密封垫片和作为弹性电连接材料铁素体合金钢多孔毡片分别更换为云母纸作为密封垫片和涂有一层LSM的Ni质或Cu质多孔毡片，其他组件不变组装整体电池堆。

实施例5：

将实施例1中阴极与双极片一侧的金箔密封垫片和作为弹性电连接材料铁素体合金钢多孔毡片分别更换为云母纸作为密封垫片和涂有一层铬酸镧的Ni质或Cu质多孔毡片，其他组件不变组装整体电池堆。

实施例6：

将实施例1中的YSZ支撑框更换为TZP材料制成支撑框制备单体电池，然后组装电池堆。

实施例7：

将实施例1中的YSZ电解质支撑的三合一膜片结构更换为阳极支撑的电极和电解质三合一膜片结构，制备单体电池，然后组装电池堆。

实施例8：

将实施例1中的YSZ电解质支撑的三合一膜片结构更换为阳极支撑的电极和电解质三合一膜片结构，将实施例1中的YSZ材料的支撑框更换为TZP材料制成支撑框制备单体电池，然后组装电池堆。

本发明SOFC电池堆结构的优点：

1.单体电池的一体结构是通过同类或相类似材料之间的玻璃陶瓷封接材料经烧结后实现连接的。由于不存在不同种材料之间的热膨胀不匹配现象，不仅封接技术的难度降低了，而且其可靠性提高了，确保了电池堆的安全和工作寿命，可以实现电池堆的多次反复启动和工作。

2.电池堆的串并联混合结构克服了以前平板式电池堆中只能串联连接的连接方式，这种结构方式即使在一片单电池失效或破环后，整体电池堆仍然能够继续工作，从根本上克服了在平板式结构中，只要一片电池出现故障，就必须整堆报废的现象。

3.支撑框与双极片之间通过密封垫片实现了柔性密封连接，真正实现了平板组装式电池堆，单件组件随时可以拆卸，进行检测、更换，而不影响其他组件和整体电池性能。

4.通过双极片与弹性连接材料统实现单体电池间的电连接，可以进一步缓解电池堆在循环工作条件下的各种内应力。

5.本发明SOFC结构由于不存在单体电池膜片与双极片之间的硬连接，因此对单体电池膜片和双极片的平整度要求大幅度降低，这样就对制备薄膜的工艺技术要求降低了，有利于实现低成本、大规模的工业化生产。

6.双极片采用了平板形状，不再需要加工复杂的沟槽，大大降低了双极片的制作难度，有利于实现低成本、大规模的工业化生产。

7.支撑框与双极片之间形成的反应气体室，不存在沟槽类通道，有利于气体快速自由扩散，克服了气流密度的不均匀性，温场的不均匀，提高了气体利用效率。

8.由于本发明这种平面框架式设计，可以在不提高对电解质三合一薄膜加工要求的前提下，就能获得大平面尺寸的平板型SOFC电池堆，有利于小体积、高功率电池堆的制造。

SOFC电池堆组件形状的简单化，各组件功能的单一化，组件材料综合性能要求的降低，组件之间硬性连接的回避，组装式结构的建立，不仅意味着可以实现低成本、工业化方式生产各组件材料，而且促进了电池堆可靠性的提高，利于电池堆的安全工作和具有更长的寿命。所有这些将为SOFC电池堆的商业化转化奠定基础。

Claims (12)

1.固体氧化物燃料电池堆，包括通过导电连接结构连接的多个单体电池，所述导电连接结构为可拆卸的导电连接结构，所述固体氧化物燃料电池堆包括单体电池(1)、弹性电连接材料(2)、密封垫片(3)、双极片(4)、金属配气板(5)的反复叠层结构。

2.权利要求1的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述导电连接结构为机械气密连接。

3.权利要求2的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述导电连接结构为压力连接结构。

4.权利要求2的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述单体电池采用平板式结构。

5.权利要求2的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述导电连接结构包括弹性电流连接材料(2)、密封垫(3)和双极片(4)，在压紧时，弹性电连接材料(2)穿过密封垫(3)，并且其一面与单体电池(1)中的一个电极相连，另一面与双极片(4)相连。

6.权利要求5的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述弹性电流连接材料(2)是随机团聚成一定厚度金属丝，或者是多孔金属毡、金属海棉体、或具有弹性结构的弯曲金属薄片。

7.权利要求6的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述金属丝的直径为0.2-1mm。

8.权利要求6或7的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述弹性电流连接材料(2)在阳极一侧是选自镍、铜或不锈钢的金属，在阴极一侧是耐热抗氧化的Fe-Cr合金丝或带有抗氧化涂层的镍丝、铜丝，涂有锰酸镧、铬酸镧、氧化锆陶瓷的金属或合金丝随机缠绕在一起，或者是上述材料制成的多孔金属毡、金属海棉体。

9.权利要求5的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述密封垫(3)在阳极一侧为金、银、镍、铜、不锈钢制成的箔片或炭纸，在阴极一侧为金、银材料制成的箔片，或涂覆抗氧化涂层镍、铜、不锈钢的金属箔片，或采用云母纸薄片材料。

10.权利要求5的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述双极片(4)为薄片状金属。

11.权利要求10的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述双极片(4)由低膨胀、耐热、抗氧化铁素体合金钢制成。

12.权利要求10的固体氧化物燃料电池堆，其中，所述双极片(4)在阴极一侧表面涂敷锰酸镧或铬酸镧抗氧化涂层。

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