CN213988951U - 一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置，属于固体氧化物燃料电池测试领域。包括电流收集组件、气体分布组件和紧固组件。电流收集组件包括柔性多孔部件和设有气体流场的耐热合金部件，耐热合金部件上设置有电流收集柱、电流引出端口、进气口、出气口、气体均布通道、均布口和气体流场。气体分布组件上设置有供气体流入和流出气腔的通道，且与气体供应管路相连接。紧固组件包括紧固板、紧固螺栓和弹性部件，采用外部加压方式或自紧方式进行紧固。本实用新型的测试装置保证气体分布的均匀性和一致性，以提高燃料气体的利用率和单电池的测试功率。该测试装置结构简单，便于拆装，可测试不同形状的平板型固体氧化物燃料电池的性能。

Description

一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置

技术领域

本实用新型属于固体氧化物燃料电池测试领域，具体涉及一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种绿色清洁、安全可靠的能量转换装置，将存储在燃料中的化学能不经过卡诺循环而直接转化成电能，大大提高了燃料的利用率。除此以外，SOFC具有燃料适用性强、余热品质高、无需贵金属催化剂、无腐蚀、无泄漏等诸多优点，使其在大、中、小型发电站，移动式、便携式电源，以及军事、航空航天等领域都有着广泛的应用前景。

单个SOFC在稳定发电条件下只能提供0.6～0.8V的电压，为了获得较高的电压和功率，需将多个单电池以各种方式(串联、并联、混联)组装成电池组，形成电池堆。目前，SOFC主要有平板型和管型两种结构形式。相较于管型结构，平板型SOFC具有功率密度高、集成简单等突出优势，是目前研究和应用较广的结构形式。但平板型SOFC在电池堆组装过程中通常采用多片单电池串联的方式连接。在组装过程中，如果其中一片单电池出现破坏将影响整个电堆的功率输出。因此，设计合理的单池测试装置，对单电池进行性能表征显得尤为重要。

目前现有的测试装置多数针对小型圆片电池或薄膜电极设计。如神华新能源有限责任公司设计圆形电池测试装置(专利申请CN111219487A)，通过设置卡槽和压紧件保证电池位置和密封有效性，通过外围均布的压紧件保证电池受力均匀。但该测试装置仅适用于微型的圆形单电池测试。上海中弗新能源科技有限公司公开了一种交叉流固体氧化燃料电池片测试工装(ZL201721609168.8)，解决了电池测试过程中燃料利用率不足导致的单电池功率偏低的问题。但集电部件和气体供应装置相连，导致气体管路带电，影响测试的准确性；在外围增加绝缘装置，将进一步增加该工装装配的难度。华中科技大学公开的测试装置(ZL201620151494.8)，将传统电极密封胶转变为气室密封方式，防止拆装过程中密封胶对电池结构的破坏，保持电池结构的完整性，单该装置仅能测试半电池或对称电池的电化学性能。清华大学公开的测试设备和方法(专利申请CN109725025A)和华中科技大学公开的半密封式固体氧化物燃料电池阴极测试夹具(ZL201410100049.4)仅能测试中高温环境下薄膜阴极的电化学性能测试，不能对单池性能进行评价。因此，设计开发一种准确可靠、装卸方便、普遍适用于各种形状尺寸燃料电池的测试装置成为本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术的不足，克服单电池测试装置对膜电极形状和尺寸的限制，提供一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置，以提高单电池测试的准确性和方便性。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供了一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置，包括电流收集组件和气体分布组件：

所述电流收集组件依次由第三电流收集件、第一电流收集件、平板型固体氧化物燃料电池、第二电流收集件、第四电流收集件紧密堆叠在一起，所述第三电流收集件和第四电流收集件朝向平板型固体氧化物燃料电池的一侧设有流场，另一侧的中心位置与电流收集柱的一端相连，电流收集柱的另一端设有电流引出端口；

第三电流收集件和第四电流收集件上的流场的流道端部设有均布口，第三电流收集件和第四电流收集件内部设有均布通道，第三电流收集件和第四电流收集件在设有电流收集柱的同侧设有进气口和出气口，进气口和出气口与均布通道连通，均布通道与均布口连通；

电流收集组件的两侧分别设有第一气体分布件和第二气体分布件，第一气体分布件和第二气体分布件中心位置设有通孔，使电流收集柱和电流引出端口从通孔通过，第一气体分布件和第二气体分布件上还设有气体流入通道和气体流出通道，气体流入通道与进气口位置相对应设置并连通，气体流出通道与出气口位置相对应设置并连通。

进一步地，上述技术方案中，所述第一电流收集件和第二电流收集件为具有柔韧性和孔隙率的导电材料，第一电流收集件和第二电流收集件的形状包括网状、纤维状或粉末状。

进一步地，上述技术方案中，所述导电材料包括银、镍、不锈钢或导电陶瓷。

进一步地，上述技术方案中，所述第三电流收集件和第四电流收集件的基材为Fe基或Ni基耐热合金中的一种或两种及以上，所述第三电流收集件和第四电流收集件的形状包括正方体、长方体、圆柱体或不规则形状。

进一步地，上述技术方案中，第三电流收集件和第四电流收集件上的流道与平板型固体氧化物燃料电池之间形成空腔结构，可供气体流通。

进一步地，上述技术方案中，所述第一气体分布件和第二气体分布件的基材为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷中的一种或两种及以上，第一气体分布件和第二气体分布件的形状包括带凹槽的正方体、带凹槽的长方体、带凹槽的圆柱体或带凹槽的不规则形状，凹槽朝向电流收集组件。

进一步地，上述技术方案中，第三电流收集件与平板型固体氧化物燃料电池之间以及第四电流收集件与平板型固体氧化物燃料电池之间的边缘处设有密封部件；进气口与气体流入通道之间的连接处以及出气口与气体流出通道之间的连接处设有密封部件。

进一步地，上述技术方案中，所述密封部件的材质包括玻璃、陶瓷、玻璃-陶瓷、云母、石棉中的一种或两种以上，密封部件的密封形式为密封垫密封或密封浆料密封。

进一步地，上述技术方案中，所述流道的形状包括点状流场、网状流场、平行流场、交叉流场或蛇形流场。

进一步地，上述技术方案中，所述平板型固体氧化物燃料电池测试装置还包括紧固组件，紧固组件包括紧固板、紧固螺栓和弹性部件；紧固板为3层或4层，紧固板中心位置设有供电流收集柱和电流引出端口通过的通孔，以及供气体流入通道和气体流出通道通过的通孔；将由电流收集组件和气体分布组件组装后的装置放入两个紧固板之间，电流收集柱、气体流入通道、气体流出通道穿过紧固板上的通孔，在穿过紧固板的一侧或两侧的电流收集柱周围套设弹性部件，在设有弹性部件一侧的紧固板上放置另一块紧固板，四周用紧固螺栓紧固。

进一步地，上述技术方案中，所述弹性部件包括弹簧或碟簧，所述弹性部件基材为Fe基或Ni基耐热合金中的一种或两种及以上。

本实用新型还提供一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置的应用，该平板型固体氧化物燃料电池测试装置可测试圆形，方形，长方形，不规则形状的平板型固体氧化物燃料电池单电池的性能。

本实用新型的优势在于：

(1)结构简单，便于拆装。本实用新型提供的平板型固体氧化物燃料电池测试装置为由电流收集组件、气体分布组件、密封组件和紧固组件构成，其中各部件均可拆卸、可重装，大大提高了测试电池测试的效率。

(2)密封效果好。该测试装置气体分布组件与电流收集组件直接密封连接，除此以外，仅在电池与电流收集组件之间需要密封，封接界面较小，能够保证测试装置良好的气密性，从而可降低由于气体泄漏和串气导致的误差，提高了测试的准确性和可靠性。

(3)气体分布均匀。本申请通过在电流收集体内部设置气体均布通道，该通道连接气体进/出气口和气体均布口，气体均布口设置在流场端部，气体经过气体均布通道和均布口后进入流场，能够保证气体在电池表面的均匀性和一致性，因此能够提高了燃料气体的燃料利用率和单电池的测试功率。

(4)不受电池形状和尺寸限制。本实用新型公开的测试装置形状和尺寸可根据电池的形状和尺寸自由设计，可测试圆形、方形、长方形、不规则形状电池的性能，增大了测试装置的适用范围。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的未组装紧固组件的平板型固体氧化物燃料电池测试装置示意图。

图2是本实用新型实施例1的第四电流收集件标准三视图和局部剖面图，A为主视图，B为左视图，C为俯视图，D为局部剖面图。

图3是本实用新型实施例1的组装了紧固组件的平板型固体氧化物燃料电池测试装置示意图。

图4是本实用新型实施例2的组装了紧固组件的平板型固体氧化物燃料电池测试装置示意图。

图5是本实用新型实施例3所测试的异型平板型固体氧化物燃料电池示意图。

图中，1、第一电流收集件；2、第二电流收集件；3、第三电流收集件；4、第四电流收集件；5、平板型固体氧化物燃料电池；6、第一气体分布件；7、第二气体分布件；8、气体流入通道；9、气体流出通道；10、密封部件；11、紧固板；12、紧固螺栓；13、弹性部件；14、电流收集柱；15、电流引出端口；16、进气口；17、出气口；18、流场；19、均布口；20、均布通道。

具体实施方式

本实用新型可以有多种实施方式，图中所示和以下具体描述是本实用新型的一些具体实施方式和实施例，并不是用以限制本实用新型。

实施例1

如图1-3所示，平板型固体氧化物燃料电池测试装置包括电流收集组件和气体分布组件。

所述电流收集组件依次由第三电流收集件3、第一电流收集件1、平板型固体氧化物燃料电池5、第二电流收集件2、第四电流收集件4紧密堆叠在一起，所述第三电流收集件3和第四电流收集件4朝向平板型固体氧化物燃料电池5的一侧设有流场18，另一侧的中心位置与电流收集柱14的一端相连，电流收集柱14的另一端设有电流引出端口15；

第三电流收集件3和第四电流收集件4上的流场18的流道端部设有均布口19，第三电流收集件3和第四电流收集件4内部设有均布通道20，第三电流收集件3和第四电流收集件4在设有电流收集柱14的同侧设有进气口16和出气口17，进气口16和出气口17与均布通道20连通，均布通道20与均布口19连通；

电流收集组件的两侧分别设有第一气体分布件6和第二气体分布件7，第一气体分布件6和第二气体分布件7中心位置设有通孔，使电流收集柱14和电流引出端口15从通孔通过，第一气体分布件6和第二气体分布件7上还设有气体流入通道8和气体流出通道9，气体流入通道8与进气口16位置相对应设置并连通，气体流出通道9与出气口17位置相对应设置并连通。

所述第一气体分布件6和第二气体分布件7的基材为氧化铝陶瓷，形状为带凹槽的正方体，凹槽朝向电流收集组件。

第三电流收集件3与平板型固体氧化物燃料电池5之间以及第四电流收集件4与平板型固体氧化物燃料电池5之间的边缘处设置的密封部件10为云母密封垫，进气口16与气体流入通道8之间的连接处以及出气口17与气体流出通道9之间的连接处设有密封部件10为玻璃密封浆料。

所述平板型固体氧化物燃料电池测试装置还包括紧固组件，紧固组件包括紧固板11、紧固螺栓12和弹性部件13；紧固板11为3层，紧固板11中心位置设有供电流收集柱14和电流引出端口15通过的通孔，以及供气体流入通道8和气体流出通道9通过的通孔；将由电流收集组件和气体分布组件组装后的装置放入两个紧固板11之间，电流收集柱、气体流入通道、气体流出通道穿过紧固板上的通孔，在穿过紧固板的一侧的电流收集柱周围套设弹性部件13，在弹性部件13上放置另一块紧固板11，四周用紧固螺栓12紧固。

在本实施例中，第一电流收集件1为银网，第二电流收集件2为镍毡，第三电流收集件3和第四电流收集件4的基材均为Cr含量22％以上的Ni基耐热合金，形状设置为正方形。

在本实施例中，弹性部件13为碟簧，基材为Cr含量22％以上的Ni基耐热合金。

本实施例的测试装置所测试的为10cm×10cm正方形平板固体氧化物燃料电池的性能。

实施例2

与实施例1的不同之处在于，集电组件中第一电流收集件1为LSCM导电氧化物粉末，第二电流收集件2为镍粉，第三电流收集件3和第四电流收集件4的基材均为Cr含量17％以上的Fe基耐热合金。如图4所示，本实施例中弹性部件为弹簧，基材为Cr含量17％以上的Fe基耐热合金。

实施例3

如图5所示，与实施例1的不同之处在于，本实施例中所测试的电池为5cm×10cm不规则形状的固体氧化物燃料电池的性能。

将图5所示不规则形状的固体氧化物燃料电池两端的进气孔和出气孔分别对应本实用新型所述测试装置的第三电流收集件3和第四电流收集件4的进气口16和出气口17位置，按照实施例1的实施方式组装并压紧测试装置。

与实施例1不同之处在于，本实施例中第三电流收集件3和第四电流收集件4形状为长方体，第一气体分布件6和第二气体分布件7形状为带凹槽的长方体。

来自气体供应管路的空气，经第一气体分布件6上的气体流入通道8到达气体分布件6，通过第三电流收集件3上的进气口流入均布通道20，在均布口19的均布作用下平均分布到流场18内，在该处，空气与平板型固体氧化物燃料电池5的阴极充分接触并发生还原反应。同样的，来自气体供应管路的氢气经第二气体分布件7上的气体流入通道8到达气体分布件7，通过第四电流收集件4上的进气口流入均布通道20，在均布口19的均布作用下平均分布到流场18内，在该处，氢气与平板型固体氧化物燃料电池5的阳极充分接触并发生氧化反应。燃料电池在电极上发生氧化还原反应产生电流，阴极电流(燃料电池的正极)经第一电流收集件1传导至第三电流收集件3，再经过电流收集柱14传导至电流引出端口15，电流引出端口15与电子测试元件的正极相连接。同样的，阳极电流(燃料电池的负极)经第二电流收集件2传导至第四电流收集件4，再经过电流收集柱14传导至电流引出端口15，电流引出端口15与电子测试元件的负极相连接。通过对电子测试元件信号的调控和设置完成对平板型固体氧化物燃料电池的测试。

Claims (9)

1.一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置，其特征在于，包括电流收集组件和气体分布组件：

所述电流收集组件依次由第三电流收集件(3)、第一电流收集件(1)、平板型固体氧化物燃料电池(5)、第二电流收集件(2)、第四电流收集件(4)紧密堆叠在一起，所述第三电流收集件(3)和第四电流收集件(4)朝向平板型固体氧化物燃料电池(5)的一侧设有流场(18)，另一侧的中心位置与电流收集柱(14)的一端相连，电流收集柱(14)的另一端设有电流引出端口(15)；

第三电流收集件(3)和第四电流收集件(4)上的流场(18)的流道端部设有均布口(19)，第三电流收集件(3)和第四电流收集件(4)内部设有均布通道(20)，第三电流收集件(3)和第四电流收集件(4)在设有电流收集柱(14)的同侧设有进气口(16)和出气口(17)，进气口(16)和出气口(17)与均布通道(20)连通，均布通道(20)与均布口(19)连通；

电流收集组件的两侧分别设有第一气体分布件(6)和第二气体分布件(7)，第一气体分布件(6)和第二气体分布件(7)中心位置设有通孔，使电流收集柱(14)和电流引出端口(15)从通孔通过，第一气体分布件(6)和第二气体分布件(7)上还设有气体流入通道(8)和气体流出通道(9)，气体流入通道(8)与进气口(16)位置相对应设置并连通，气体流出通道(9)与出气口(17)位置相对应设置并连通。

2.根据权利要求1所述的一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置，其特征在于，所述第一电流收集件(1)和第二电流收集件(2)为具有柔韧性和孔隙率的导电材料，第一电流收集件(1)和第二电流收集件(2)的形状包括网状、纤维状或粉末状。

3.根据权利要求2所述的一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置，其特征在于，所述导电材料包括银、镍、不锈钢或导电陶瓷。

4.根据权利要求1所述的一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置，其特征在于，所述第三电流收集件(3)和第四电流收集件(4)的形状包括正方体、长方体、圆柱体或不规则形状。

5.根据权利要求1所述的一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置，其特征在于，第一气体分布件(6)和第二气体分布件(7)的形状包括带凹槽的正方体、带凹槽的长方体、带凹槽的圆柱体或带凹槽的不规则形状，凹槽朝向电流收集组件。

6.根据权利要求1所述的一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置，其特征在于，第三电流收集件(3)与平板型固体氧化物燃料电池(5)之间以及第四电流收集件(4)与平板型固体氧化物燃料电池(5)之间的边缘处设有密封部件(10)；进气口(16)与气体流入通道(8)之间的连接处以及出气口(17)与气体流出通道(9)之间的连接处设有密封部件(10)。

7.根据权利要求6所述的一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置，其特征在于，所述密封部件(10)的密封形式为密封垫密封或密封浆料密封。

8.根据权利要求1所述的一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置，其特征在于，所述平板型固体氧化物燃料电池测试装置还包括紧固组件，紧固组件包括紧固板(11)、紧固螺栓(12)和弹性部件(13)；紧固板(11)中心位置设有供电流收集柱(14)和电流引出端口(15)通过的通孔，以及供气体流入通道(8)和气体流出通道(9)通过的通孔；将由电流收集组件和气体分布组件组装后的装置放入两个紧固板(11)之间，电流收集柱、气体流入通道、气体流出通道穿过紧固板上的通孔，在穿过紧固板的一侧或两侧的电流收集柱周围套设弹性部件(13)，在设有弹性部件(13)一侧的紧固板上放置另一块紧固板(11)，四周用紧固螺栓(12)紧固。

9.根据权利要求8所述的一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置，其特征在于，所述弹性部件(13)包括弹簧或碟簧。

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