CN213366641U - 一种固体氧化物燃料电池堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种固体氧化物燃料电池堆，包括至少两个上下堆叠的模块化的电池堆基本单元，每个电池堆基本单元均具有间隔设置的阳极通气孔和阴极通气孔，还包括设置在相邻两个电池堆基本单元之间的中空间隔板和金属网；金属网位于中空间隔板的中空部内，中空间隔板的边缘分别与对应的电池堆基本单元密封连接，而将金属网限位于相邻两个电池堆基本单元之间。通过设置中空间隔板和金属网，当电池堆基本单元因高温而形变时，中空间隔板和金属网具有一定缓冲作用，可以吸收电池堆基本单元的形变，这样，电池堆基本单元的密封性较好，不容易串气、漏气，增强了电池堆的机械稳定性，使电压较为稳定，有利于整个固体氧化物燃料电池堆的性能稳定。

Description

一种固体氧化物燃料电池堆

技术领域

本实用新型涉及固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池堆。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)发电系统是一种高效的能源转化装置，能将天然气、氢气、合成气等燃料中的化学能直接转化为电能，是一种可用于构建分布式发电系统的新型能源转化装置，具有很好的商业应用前景。

电池堆是SOFC发电系统的核心部件，由多个电池片以及相应的附件组成，电化学转化在电池堆中完成，电池堆阵列的设计是SOFC发电系统设计的关键之一。

例如，本申请人的专利号为ZL202020012854.2(公告号为CN211125829U)的中国实用新型专利公开了《一种固体氧化物燃料电池堆》，该固体氧化物燃料电池堆包括至少一模块化的电池堆基本单元，模块化的电池堆基本单元含有若干个单电池封接单元，各个模块化的电池堆基本单元之间通过金属垫片连接固定，金属垫片的左右两侧设有与单电池封接单元的阳极气体通气孔和阴极气体通气孔相应的阳极气体通气孔和阴极气体通气孔，金属垫片的四周边缘涂敷有用于模块化的电池堆基本单元之间密封的密封胶，金属垫片的两边中间涂敷有作为集流用的银浆。

但是上述专利具有以下问题：电池堆基本单元容易因高温而形变，这样不同电池堆基本单元之间容易串气、漏气，电池堆基本单元的机械稳定性也会降低，导致电压不稳定，影响整个固体氧化物燃料电池堆的性能稳定性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种不容易串气、漏气，并且电压较为稳定的固体氧化物燃料电池堆。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种固体氧化物燃料电池堆，包括至少两个上下堆叠的模块化的电池堆基本单元，每个电池堆基本单元均具有间隔设置的阳极通气孔和阴极通气孔，其特征在于：

还包括设置在相邻两个电池堆基本单元之间的中空间隔板和金属网；

所述中空间隔板具有间隔设置的第一阳极气体孔道和第一阴极气体孔道，电池堆基本单元的阳极通气孔与该第一阳极气体孔道上下连通，电池堆基本单元的阴极通气孔与该第一阴极气体孔道上下连通；

所述金属网位于中空间隔板的中空部内，中空间隔板的边缘分别与对应的电池堆基本单元密封连接，而将金属网限位于相邻两个电池堆基本单元之间。

作为改进，所述固体氧化物燃料电池堆的最顶部设置有顶封板，所述固体氧化物燃料电池堆的最底部设置有底封板，顶封板和底封板与对应的模块化的电池堆基本单元之间也通过中空间隔板连接，中空间隔板的顶面边缘与顶封板之间通过密封胶密封粘接，中空间隔板的底面边缘与底封板之间通过密封胶密封粘接，中空间隔板的中空部也均设置有金属网。

为了使气体分布均匀，还包括位于相邻两个电池堆基本单元之间的布气块，布气块与对应的电池堆基本单元之间设置有所述的中空间隔板和金属网；

所述布气块上具有阳极气体进气管、阴极气体进气管、与阳极气体进气管连通的第二阳极气体孔道以及与阴极气体进气管连通的第二阴极气体孔道；

电池堆基本单元的阳极通气孔、中空间隔板的第一阳极气体孔道、布气块的第二阳极气体孔道上下连通，电池堆基本单元的阴极通气孔、中空间隔板的第一阴极气体孔道、布气块的第二阴极气体孔道上下连通；

所述布气块的边缘分别与对应的中空间隔板的边缘密封连接。

优选地，所述阳极气体进气管和阴极气体进气管均位于布气块的侧面，所述第二阳极气体孔道和第二阴极气体孔道均上下延伸。这样布局比较合理。

优选地，所述中空间隔板的边缘分别与电池堆基本单元和布气块之间通过密封胶密封粘接。

优选地，所述金属网为银网，所述金属网的最高点与中空间隔板的顶面基本齐平，所述金属网的最低点与中空间隔板的底面基本齐平。

进一步，所述模块化的电池堆基本单元含有若干个单电池封接单元，每个单电池封接单元包括由下至上依次设置的封接支撑板、单电池和封接盖板，单电池封接单元之间通过连接件上下堆叠连接，连接件的两面分别设有阳极气体流道和阴极气体流道，连接件的两面边缘涂敷有用于密封连接的密封胶，模块化的电池堆基本单元的最顶部和最底部分别设有顶盖板和底盖板，顶盖板面对单电池的一侧含有阴极气体流道，另一侧是光面，底盖板面对单电池的一侧含有阳极气体流道，另一侧是光面。

再进一步，所述封接支撑板和封接盖板呈中空结构，封接支撑板和封接盖板之间通过密封胶密封粘接，单电池容纳在封接支撑板和封接盖板的中空结构中通过封接支撑板和封接盖板夹紧固定。

再进一步，所述单电池封接单元的单电池为一个或者多片单电池平铺组成窗口式结构，当单电池封接单元由多片单电池平铺组成窗口式结构时，相应的封接支撑板、封接盖板的大小根据多片单电池进行匹配，并具有对应中空结构；

所述单电池封接单元的单电池为二片或二片以上时，二片或二片以上的单电池位于同一平面、且相邻两片单电池不接触。

进一步，所述连接件为金属板，连接件的左右两侧分别设有阳极气体通气孔和阴极气体通气孔，封接支撑板和封接盖板的左右两侧设有对应的阳极气体通气孔和阴极气体通气孔，顶盖板和底盖板的左右两侧设有对应的阳极气体通气孔和阴极气体通气孔；

所述顶盖板与封接盖板之间通过密封胶密封粘接，底盖板与封接支撑板之间通过密封胶密封粘接；

所述模块化的电池堆基本单元含有1～50个单电池封接单元。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过设置中空间隔板和金属网，当电池堆基本单元因高温而形变时，中空间隔板和金属网具有一定的缓冲作用，可以吸收电池堆基本单元的形变，这样，电池堆基本单元的密封性较好，不容易串气、漏气，也增强了电池堆的机械稳定性，使得电压较为稳定，有利于整个固体氧化物燃料电池堆的性能稳定性；金属网还具有集流的作用。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的固体氧化物燃料电池堆的结构示意图；

图2为图1的分解图；

图3为本实用新型实施例1中布气块的立体示意图；

图4为本实用新型实施例1中中空间隔板的立体示意图；

图5为本实用新型实施例1中单电池为一片的单电池封接单元的结构示意图；

图6为图5的分解图；

图7为本实用新型实施例1的模块化的电池堆基本单元的结构示意图；

图8本实用新型实施例2的固体氧化物燃料电池堆中的单电池为四片的窗口式单电池封接单元的结构示意图；

图9为图8的分解图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

如图1～7所示，为本实用新型的固体氧化物燃料电池堆的一个优选实施例。

以具有两个电池堆基本单元200为例展开说明，该固体氧化物燃料电池堆包括两个上下堆叠的模块化的电池堆基本单元200、布气块30、顶封板50、底封板10、4个中空间隔板40和4个金属网20等。

相邻两个电池堆基本单元200之间具有两个中空间隔板40和两个金属网20，为了便于描述，将位于布气块30上方的称为第一中空隔板，将位于布气块30下方的称为第二中空间隔板。相邻两个电池堆基本单元200之间从上至下依次设置有第一个中空间隔板、布气块30、第二个中空间隔板。

每个电池堆基本单元200均具有间隔设置的阳极通气孔和阴极通气孔。

每个中空间隔板40均具有间隔设置的第一阳极气体孔道40a和第一阴极气体孔道40b，电池堆基本单元200的阳极通气孔与该第一阳极气体孔道40a上下连通，电池堆基本单元200的阴极通气孔与该第一阴极气体孔道40b上下连通。

参见图3，布气块30上具有阳极气体进气管30a、阴极气体进气管30b、与阳极气体进气管30a连通的第二阳极气体孔道30c以及与阴极气体进气管30b连通的第二阴极气体孔道30d，优选地，阳极气体进气管30a和阴极气体进气管30b均位于布气块30的侧面，第二阳极气体孔道30c和第二阴极气体孔道30d均上下延伸，这样结构比较合理。布气块30的边缘分别与对应的中空间隔板40的边缘通过密封胶实现密封连接。

电池堆基本单元200的阳极通气孔、对应中空间隔板40的第一阳极气体孔道40a、布气块30的第二阳极气体孔道30c上下连通，电池堆基本单元200的阴极通气孔、对应中空间隔板40的第一阴极气体孔道40b、布气块30的第二阴极气体孔道30d上下连通；

金属网20位于各中空间隔板40的中空部内，各中空间隔板40的边缘分别与对应的电池堆基本单元200密封连接，具体地，中空间隔板40的边缘分别与电池堆基本单元200和布气块30之间通过密封胶密封粘接，在其它实施例中也可以通过设置密封圈或紧配合等其它结构实现密封连接。优选地，金属网20为银网，金属网20也可以采用其它金属材质，金属网20的最高点与中空间隔板40的顶面基本齐平，金属网20的最低点与中空间隔板40的底面基本齐平，这样电池堆基本单元200因高温而形变时，能较快地与金属网20接触而吸收形变。

参见图5，顶封板50位于固体氧化物燃料电池堆的最顶部，底封板10位于固体氧化物燃料电池堆的最底部，顶封板50和底封板10与对应的模块化的电池堆基本单元200之间也通过中空间隔板40连接，中空间隔板40的顶面边缘与顶封板50之间通过密封胶密封粘接，中空间隔板40的底面边缘与底封板10之间通过密封胶密封粘接，中空间隔板40的中空部也均设置有金属网20。

电池堆基本单元200的个数也可以根据需要调整，例如也可以设置3～50个电池堆基本单元200。每个模块化的电池堆基本单元200含有1～50个单电池封接单元100，例如可以设置25个单电池封接单元，每个单电池封接单元100包括由下至上依次设置的封接支撑板2、单电池3和封接盖板4，封接支撑板2和封接盖板4呈中空结构，封接支撑板2和封接盖板4之间通过密封胶密封粘接，本实施例的单电池3为一片，单电池3容纳在封接支撑板2和封接盖板4的中空结构中通过封接支撑板2和封接盖板4夹紧固定。单电池封接单元100之间通过连接件6上下堆叠连接，连接件6为金属板，连接件6的两面分别设有阳极气体流道和阴极气体流道，连接件6的两面边缘涂敷有用于密封连接的密封胶，模块化的电池堆基本单元200的最顶部和最底部分别设有顶盖板5和底盖板1，顶盖板5面对单电池3的一侧含有阴极气体流道，另一侧是光面，底盖板1面对单电池3的一侧含有阳极气体流道，另一侧是光面。每个电池堆基本单元200均具有间隔设置的阳极通气孔和阴极通气孔，具体是连接件6的左右两侧分别设有阳极气体通气孔61和阴极气体通气孔62，封接支撑板2和封接盖板4的左右两侧设有对应的阳极气体通气孔21和41以及阴极气体通气孔22和42，顶盖板5和底盖板1的左右两侧设有对应的阳极气体通气孔51和11以及阴极气体通气孔52和12。阳极气体从阳极气体通气孔的一侧进入，从阳极气体通气孔另一侧出去。阴极气体通气孔52、12、22和42设计为长条形，阴极气体从阴极气体通气孔的一侧进入，从阴极气体通气孔另一侧出去。顶盖板5与封接盖板4之间通过密封胶密封粘接，底盖板1与封接支撑板2之间通过密封胶密封粘接。

图7是二个单电池封接单元100的电池堆的组装过程，含有多个单电池封接单元100的模块化的电池堆基本单元的组装过程与上述过程一样通过连接件6上下堆叠连接。

电池堆包括一个以上的模块化的电池堆基本单元时，各个模块化的电池堆基本单元可以包含相同数量或不同数量的单电池3，但单电池3的数量在1至20之间。

该固体氧化物燃料电池堆的工作原理和使用过程如下。

当电池堆基本单元200因高温而形变时，中空间隔板40、金属网20、顶封板50、底封板10均具有一定的缓冲作用，可以吸收电池堆基本单元200的形变，这样，电池堆基本单元200的密封性较好，不容易串气、漏气，也增强了电池堆的机械稳定性，使得电压较为稳定，有利于整个固体氧化物燃料电池堆的性能稳定性。

通过布气块30上的阳极气体进气管30a输入阳极气体，再经第二阳极气体孔道30c、中空间隔网40的第一阳极气体孔道40a将阳极气体通过电池堆基本单元200的阳极气体通气孔输入到单电池3，类似地，通过布气块30上的阴极气体进气管30b输入阴极气体，再经第二阴极气体孔道30d、中空间隔网40的第一阴极气体孔道40b将阴极气体通过电池堆基本单元200的阴极气体通气孔输入到单电池3，这样不同电池堆基本单元200之间气体分布比较均匀，整个固体氧化物燃料电池堆电压比较稳定。

实施例2

如图8、9所示，与实施例1的区别在于：本实施例的单电池封接单元100的单电池3为四片，四片单电池3平铺组成窗口式单电池封接单元100的结构，四片单电池3位于同一平面、且相邻两片单电池不接触，底盖板1、封接支撑板2、封接盖板4、顶盖板5为各一片，大小与四片单电池3正好匹配，具有四个中空结构，窗口式单电池封接单元100具有外歧管结构，即电池3本身没有通气孔，通气孔均布置在封接支撑板2和封接盖板4上，包括阳极通气孔和阴极通气孔。底盖板1、封接支撑板2、封接盖板4、顶盖板5的结构原理实施例1相同，连接也是采用密封胶密封固定。

窗口式单电池封接单元100之间的连接与实施例1一样也是通过连接板6连接组装成模块化的电池堆基本单元，连接板6的大小与四片单电池3相适配，连接件6的两面分别设有阳极气体流道和阴极气体流道，连接件6的两面边缘涂敷有用于密封连接的密封胶。

模块化的电池堆基本单元组装好之后，由这个模块化的电池堆基本单元组装成用户所需要的电池堆，模块化的电池堆基本单元之间通过布气块30、中空间隔板40连接固定，金属网20设置在中空间隔网40的中空部内，如含有4个模块化的电池堆基本单元的电池堆或者含有6个模块化的电池堆基本单元的电池堆，电池堆中模块化的电池堆基本单元的数量据需要而定。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种固体氧化物燃料电池堆，包括至少两个上下堆叠的模块化的电池堆基本单元(200)，每个电池堆基本单元(200)均具有间隔设置的阳极通气孔和阴极通气孔，其特征在于：

还包括设置在相邻两个电池堆基本单元(200)之间的中空间隔板(40)和金属网(20)；

所述中空间隔板(40)具有间隔设置的第一阳极气体孔道(40a)和第一阴极气体孔道(40b)，电池堆基本单元(200)的阳极通气孔与该第一阳极气体孔道(40a)上下连通，电池堆基本单元(200)的阴极通气孔与该第一阴极气体孔道(40b)上下连通；

所述金属网(20)位于中空间隔板(40)的中空部内，中空间隔板(40)的边缘分别与对应的电池堆基本单元(200)密封连接，而将金属网(20)限位于相邻两个电池堆基本单元(200)之间。

2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述固体氧化物燃料电池堆的最顶部设置有顶封板(50)，所述固体氧化物燃料电池堆的最底部设置有底封板(10)，顶封板(50)和底封板(10)与对应的模块化的电池堆基本单元(200)之间也通过中空间隔板(40)连接，中空间隔板(40)的顶面边缘与顶封板(50)之间通过密封胶密封粘接，中空间隔板(40)的底面边缘与底封板(10)之间通过密封胶密封粘接，中空间隔板(40)的中空部也均设置有金属网(20)。

3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：还包括位于相邻两个电池堆基本单元(200)之间的布气块(30)，布气块(30)与对应的电池堆基本单元(200)之间设置有所述的中空间隔板(40)和金属网(20)；

所述布气块(30)上具有阳极气体进气管(30a)、阴极气体进气管(30b)、与阳极气体进气管(30a)连通的第二阳极气体孔道(30c)以及与阴极气体进气管(30b)连通的第二阴极气体孔道(30d)；

电池堆基本单元(200)的阳极通气孔、中空间隔板(40)的第一阳极气体孔道(40a)、布气块(30)的第二阳极气体孔道(30c)上下连通，电池堆基本单元(200)的阴极通气孔、中空间隔板(40)的第一阴极气体孔道(40b)、布气块(30)的第二阴极气体孔道(30d)上下连通；

所述布气块(30)的边缘分别与对应的中空间隔板(40)的边缘密封连接。

4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述阳极气体进气管(30a)和阴极气体进气管(30b)均位于布气块(30)的侧面，所述第二阳极气体孔道(30c)和第二阴极气体孔道(30d)均上下延伸。

5.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述中空间隔板(40)的边缘分别与电池堆基本单元(200)和布气块(30)之间通过密封胶密封粘接。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述金属网(20)为银网，所述金属网(20)的最高点与中空间隔板(40)的顶面基本齐平，所述金属网(20)的最低点与中空间隔板(40)的底面基本齐平。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述模块化的电池堆基本单元(200)含有若干个单电池封接单元(100)，每个单电池封接单元(100)包括由下至上依次设置的封接支撑板(2)、单电池(3)和封接盖板(4)，单电池(3)封接单元(100)之间通过连接件(6)上下堆叠连接，连接件(6)的两面分别设有阳极气体流道和阴极气体流道，连接件(6)的两面边缘涂敷有用于密封连接的密封胶，模块化的电池堆基本单元(200)的最顶部和最底部分别设有顶盖板(5)和底盖板(1)，顶盖板(5)面对单电池(3)的一侧含有阴极气体流道，另一侧是光面，底盖板(1)面对单电池(3)的一侧含有阳极气体流道，另一侧是光面。

8.根据权利要求7所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述封接支撑板(2)和封接盖板(4)呈中空结构，封接支撑板(2)和封接盖板(4)之间通过密封胶密封粘接，单电池(3)容纳在封接支撑板(2)和封接盖板(4)的中空结构中通过封接支撑板(2)和封接盖板(4)夹紧固定。

9.根据权利要求8所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述单电池封接单元(100)的单电池(3)为一个或者多片单电池(3)平铺组成窗口式结构，当单电池封接单元(100)由多片单电池(3)平铺组成窗口式结构时，相应的封接支撑板(2)、封接盖板(4)的大小根据多片单电池(3)进行匹配，并具有对应中空结构；

所述单电池封接单元(100)的单电池(3)为二片或二片以上时，二片或二片以上的单电池(3)位于同一平面、且相邻两片单电池(3)不接触。

10.根据权利要求7所述的固体氧化物燃料电池堆，其特征在于：所述连接件(6)为金属板，连接件(6)的左右两侧分别设有阳极气体通气孔和阴极气体通气孔，封接支撑板(2)和封接盖板(4)的左右两侧设有对应的阳极气体通气孔和阴极气体通气孔，顶盖板(5)和底盖板(1)的左右两侧设有对应的阳极气体通气孔和阴极气体通气孔；

所述顶盖板(5)与封接盖板(4)之间通过密封胶密封粘接，底盖板(1)与封接支撑板(2)之间通过密封胶密封粘接；

所述模块化的电池堆基本单元(200)含有1～50个单电池封接单元(100)。

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