CN215644598U - 一种由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆 - Google Patents

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林梓荣
范美伶
程峰
邓枝成
任巍
刘洋
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Zhaoqing Foran Natural Gas Co ltd
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Zhaoqing Foran Natural Gas Co ltd
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本实用新型公开一种由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆，包括上固定板、下固定板和若干个两端贯通的管式电池，所述上固定板和所述下固定板均开设有通孔，所述管式电池的两端部分别设于所述通孔中，相邻两个所述管式电池之间通过可导电的连接结构进行串联，所述管式电池包括自内而外依次设置有支撑管、阳极层、电解质层和阴极层。本实用新型由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆通过在上固定板和下固定板开设通孔，将管式电池的两端部分别设于通孔中，再将相邻两个管式电池通过可导电的连接结构进行串联，从而根据实际需求灵活设计，便于设计不同规格的固体氧化物燃料电池的电堆，实现电堆大功率结构模组。

Description

一种由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆
技术领域
本实用新型涉及燃烧电池技术领域，具体涉及一种由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆。
背景技术
我国富煤贫油的能源结构、环保对燃料的约束和国家能源供应安全等因素使我国在今后相当长一段时间的能源还将以煤炭为主。因此，如何高效、清洁地使用煤炭已经成为各方面的关注重点。
燃料电池技术是一种将燃料的化学能通过电化学反应直接转换成电能的装置，直接以碳为燃料的燃料电池的理论效率接近100％，其最终的产物气体CO2纯度高，方便集中处理和利用。碳可以通过对煤炭进行简单加工处理而得到。因此，直接使用碳作燃料的燃料电池(Direct Carbon Fuel Cell，DCFC)技术是一种高效、清洁使用煤的新技术。但目前的燃烧电池一次性成型，难以根据实际的需求调整电堆的功率。
实用新型内容
本实用新型的目的是设计一种由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆，包括上固定板、下固定板和若干个两端贯通的管式电池，所述上固定板和所述下固定板均开设有通孔，所述管式电池的两端部分别设于所述通孔中，相邻两个所述管式电池之间通过可导电的连接结构进行串联，所述管式电池包括自内而外依次设置的支撑管、阳极层、电解质层和阴极层。
进一步，所述下固定板的内部形成有空腔，所述空腔与所述管式电池的下端连通，所述空腔的一端封闭，另一端连接有抽气泵。
进一步，所述连接结构包括密封绝缘层和嵌设于所述密封绝缘层内的导电介质，所述阳极层开设有与所述导电介质相适配的第一缺口，所述电解质层与所述阴极层均开设有与所述密封绝缘层相适配的第二缺口，所述导电介质分别连接一所述管式电池的阳极层和相邻的所述管式电池的阴极层。
进一步，所述连接结构包括结构为矩形的导电连接架，所述导电连接架的一侧设有凸起，所述支撑管和所述阳极层沿管长方向开设有与所述凸起相对应的连接孔，所述阴极层和所述电解质层部分覆盖所述阳极层的外表面，所述连接孔的外周不覆盖所述阴极层和所述电解质层，所述凸起插接与所述连接孔内，所述导电连接架的一侧连接于一所述管式电池的阳极层，另一侧连接与相邻的所述管式电池的阴极层上。
进一步，所述支撑管为石英管或陶瓷管。
本实用新型的有益效果：与现有技术相比，由于本实用新型的由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆通过在上固定板和下固定板开设通孔，将管式电池的两端部分别设于通孔中，再将相邻两个管式电池通过可导电的连接结构进行串联，从而根据实际需求灵活设计，便于设计不同规格的固体氧化物燃料电池的电堆，可根据实际的需求调整电堆的功率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆的立体图；
图2为本实用新型由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆的剖面图；
图3为第一实施例中的管式电池的剖面图；
图4为图3中A-A向的剖面图；
图5第二实施例中的管式电池的正视图；
图6第二实施例中的管式电池的侧视图；
图7第二实施例中的管式电池的剖面图。
图中所标各部件的名称如下：1、上固定板；2、下固定板；3、管式电池；4、抽气泵；5、空腔；6、支撑管；7、阳极层；8、电解质层；9、阴极层；10、密封绝缘层；11、导电介质；12、导电连接架；13、凸起；14、连接孔；15、通孔；16、第一缺口；17；第二缺口。
具体实施方式
下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参照图1至图7，本实用新型的由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆，包括上固定板1、下固定板2和若干个两端贯通的管式电池3，上固定板1和下固定板2均开设有通孔15，管式电池3的两端部分别设于通孔15中，相邻两个管式电池3之间通过可导电的连接结构进行串联，管式电池3包括自内而外依次设置的支撑管6、阳极层7、电解质层8和阴极层9。在本实施例中，所有管式电池3呈矩形阵列排布，极大缩减了电池组件之间的间距，提高电堆体积比功率和重量比功率。这样的设计使得空气流道灵活(多方向可以流入空气)，流量可以实现大幅度提升，提供充足的大功率电堆发电时所需的氧。此外，可以实现电池升温发电过程中，用空气端对电堆进行加温；燃料端流道均匀，可以实现电池之间的均匀发电。
如图2所示，下固定板2的内部形成有空腔5，空腔5与管式电池3的下端连通，空腔5的一端封闭，另一端连接有抽气泵4。如此设置，可以通过抽气泵4降低空腔5内的压强，形成压力差，使得燃料在管式电池3内的流通速度加快，从而实现对电堆功率的控制。
如图3和图4所示，在第一个实施例中，连接结构包括密封绝缘层10和嵌设于密封绝缘层10内的导电介质11，阳极层7开设有与导电介质11相适配的第一缺口16，电解质层8与阴极层9均开设有与密封绝缘层10相适配的第二缺口17，导电介质11分别连接一管式电池3的阳极层7和相邻的管式电池3的阴极层9。电堆首端的管式电池3上的导电介质11上连接有导线，导线的另一端连接着外部电源的负极，电堆末端的管式电池3上的阴极连接有另一导线，导线的另一端连接着外部电源的正极。
如图5至图7所示，在第二个实施例中，连接结构包括结构为矩形的导电连接架12，导电连接架12的一侧设有凸起13，支撑管6、阳极层7沿管长方向开设有与凸起13相对应的连接孔14，阴极层9和电解质层8部分覆盖阳极层7的外表面，连接孔14的外周不覆盖阴极层9和电解质层8，凸起13插接与连接孔14内，导电连接架12的一侧连接于一管式电池3的阳极层7，另一侧连接与相邻的管式电池3的阴极层9上。在本实施例中，凸起13插接在连接孔14内，从而将导电连接架12固定在相邻的两个管式电池3之间，如此实现电的传递。电堆首端的管式电池3上的导电连接架12上连接有导线，导线的另一端连接着外部电源的负极，电堆末端的管式电池3上的阴极连接有另一导线，导线的另一端连接着外部电源的正极。
支撑管6为石英管或陶瓷管。如此设置，充分利用了石英管或陶瓷管耐高温且抗氧化性好的特性。
本实施例的工作原理：在电池运行过程中，燃料从管式电池3的管口处通入，流经管式电池3的内部，氧分子吸附在多孔阴极层9的表面，并接受外电路传来的电子，进而解离生成氧离子，氧离子在电解质两侧电化学势差的驱动下通过氧空位在电解质中定向迁移扩散到阳极层7，并与多孔阳极内的氢气和天然气等燃料发生电化学氧化反应，生成H2O和CO2，释放出的电子则通过外电路传回到阴极层9。
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆，包括上固定板、下固定板和若干个两端贯通的管式电池，其特征在于：所述上固定板和所述下固定板均开设有通孔，所述管式电池的两端部分别设于所述通孔中，相邻两个所述管式电池之间通过可导电的连接结构进行串联，所述管式电池包括自内而外依次设置的支撑管、阳极层、电解质层和阴极层。
2.根据权利要求1所述的由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆，其特征在于：所述下固定板的内部形成有空腔，所述空腔与所述管式电池的下端连通，所述空腔的一端封闭，另一端连接有抽气泵。
3.根据权利要求1所述的由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆，其特征在于：所述连接结构包括密封绝缘层和嵌设于所述密封绝缘层内的导电介质，所述阳极层开设有与所述导电介质相适配的第一缺口，所述电解质层与所述阴极层均开设有与所述密封绝缘层相适配的第二缺口，所述导电介质分别连接一所述管式电池的阳极层和相邻的所述管式电池的阴极层。
4.根据权利要求1所述的由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆，其特征在于：所述连接结构包括结构为矩形的导电连接架，所述导电连接架的一侧设有凸起，所述支撑管和所述阳极层沿管长方向开设有与所述凸起相对应的连接孔，所述阴极层和所述电解质层部分覆盖所述阳极层的外表面，所述连接孔的外周不覆盖所述阴极层和所述电解质层，所述凸起插接与所述连接孔内，所述导电连接架的一侧连接于一所述管式电池的阳极层，另一侧连接与相邻的所述管式电池的阴极层上。
5.根据权利要求1所述的由管式固体氧化物燃料电池组成的电堆，其特征在于：所述支撑管为石英管或陶瓷管。
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