CN216648367U

CN216648367U - 一种sofc电池结构

Info

Publication number: CN216648367U
Application number: CN202122049248.5U
Authority: CN
Inventors: 徐传伟; 王重海; 赵世凯; 李小勇; 马腾飞; 陈大明; 李洪达; 李亮; 张振
Original assignee: Shandong Industrial Ceramics Research and Design Institute Co Ltd
Current assignee: Shandong Industrial Ceramics Research and Design Institute Co Ltd
Priority date: 2021-08-28
Filing date: 2021-08-28
Publication date: 2022-05-31
Anticipated expiration: 2031-08-28

Abstract

本实用新型公开了一种SOFC电池结构，包括支撑体、金属连接体、以及设于支撑体上的功能层，所述功能层包括阳极功能层、电解质层、阴极功能层；所述支撑体为陶瓷材质，所述支撑体包括第一导气层、第二导气层；所述第一导气层与金属连接体相配合形成第一通道，所述功能层位于第一导气层与金属连接体之间且与所述第一导气层连接。通过所述支撑体包括一体成型的第一导气层、第二导气层；既解决了电池的密封问题、使用寿命低问题，同时降低了生产成本且提高了电性能。

Description

一种SOFC电池结构

技术领域

本实用新型涉及固体氧化物燃料电池领域，具体涉及了电极支撑体领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的能源转化装置，固体氧化物燃料电池一般由支撑体、功能层组成，支撑体、功能层与金属连接体配合形成电池结构，可以用于便携式电源、热电联供以及大型发电设备，其效率高，无污染，燃料选择范围广，应用前景广阔，是未来氢能产业、电力行业根基型的核心技术之一，它主要由阴极(通常为多孔陶瓷复合氧化物)、阳极(通常为多孔陶瓷金属复合物)和电解质(通常为单相氧化物)组成。通过SOFC可以实现燃料与电力的高效快速转换，是一种重要的低碳能源技术。

SOFC商业化进程中重点需要解决的其使用寿命与成本问题，并在基础上提高电性能；封装可靠性问题是制约其使用寿命的难点之一。传统的平板型固体氧化物燃料电池，其燃料气及空气流道均设计在连接板上，由于连接板为金属材料，且材质昂贵，其上面设置空气与燃气通道，对连接板的设计及加工要求高，材料与加工成本均较高；同时由于连接板与支撑体的热膨胀系数不匹配，在电池工作时连接板与支撑体结合密封处，容易损坏或开裂，导致SOFC寿命降低。

实用新型内容

本实用新型目的在于，解决了SOFC中密封效果差，工作时容易出现开裂问题，以及加工成本高等问题，同时也提高了SOFC电性能；提供了一种SOFC电池结构包括支撑体、金属连接体以及设于支撑体上的功能层；所述支撑体包括一体成型的第一导气层、第二导气层；既解决了电池的密封问题、使用寿命低问题，同时降低了生产成本且提高了电性能。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

根据本实用新型提供了一种SOFC电池结构，包括支撑体、金属连接体以及设于支撑体上的功能层，所述功能层包括阳极功能层、电解质层、阴极功能层；所述支撑体为陶瓷材质，所述支撑体包括第一导气层、第二导气层；所述第一导气层与金属连接体相配合形成第一通道，所述功能层位于第一导气层与金属连接体之间且与所述第一导气层连接；优选所述支撑体包括两层第一导气层，所述第二导气层位于两层第一导气层之间；所述第一导气层与所述第二导气层用于通入空气或燃气。

本实用新型相对于现有技术的有益效果在于，通过支撑体包括一体成型的第一导气层、第二导气层，既实现了通过支撑体对功能层的支撑，同时实现了燃气与空气通过第一导气层、第二导气层进行输送，且燃气不与空气直接接触，实现了电池功能，代替了传统SOFC电池结构将燃气通道、空气通道设置在连接层上，避免了由金属材质的连接层上精密加工所述燃气与空气通道，加工复杂以及连接层需要金属材料量高的问题；由于所述支撑体为陶瓷材料，明显降低了材料以及加工成本；支撑体一体成型有利于SOFC电池结构内部结构稳定、牢固；

由于连接层上不需要再设置燃气通道、空气通道，其结构简单，为简单的板状结构，进行导电即可，且厚度明显降低，因此有利于连接层与电极和/或支撑体之间的连接与密封，增加了连接强度以及密封性能；由于连接层的厚度降低，实现SOFC电池结构在工作过程中，虽然温度较高且连接层与电极和支撑体之间的热膨胀系数不匹配，但是由于连接层厚度降低比较薄，因此在工作时，将连接层与电极和/或支撑体不同的收缩与膨胀尺寸形成的应力，转化为连接层的弹性形变，避免了由于不能发生弹性形变将应力集中在连接层与电极和/或支撑体连接处，导致开裂，SOFC电池结构寿命降低；

由于支撑体上的第一导气层与所述功能层连接，与传统的平板状的支撑体与功能层中电极连接，增加了功能层在相同表面积的支撑体上铺设的面积，变相的增加了三相界面长度，实现了电性能的增加；最终实现了SOFC电池结构内部的连接强度、密封性，增加了使用寿命，降低了生产成本，同时提高了电性能。

进一步的，所述第一导气层、第二导气层一体成型，所述第一导气层表面上设有若干凹槽，所述第二导气层设有若干第二通道，所述凹槽与所述金属连接体形成若干第一通道；所述第二导气层设有若干第二通道，所述第一通道与所述第二通道不连通；所述第一导气层远离所述凹槽的侧面与所述第二导气层连接。

采用上一步技术方案的有益效果在于，通过所述第二导气层设有若干第二通道，实现第二通道输送燃气或空气；既当第二导气层上的第二通道输送燃气时，第一导气层输送空气；当第二导气层上的第二通道输送空气时，第一导气层输送燃气。

进一步的，所述阳极功能层、电解质层、阴极功能层依次连接；所述第一导气层通过所述功能层与所述金属连接体连接；所述功能层铺设在第一导气层靠近第一通道的一侧，所述阳极功能层或阴极功能层与所述第一导气层直接连接；所述凹槽与所述金属连接体形成若干第一通道；所述第一通道用于输送空气或燃气；优选所述功能层铺设在第一导气层设有凹槽的一面。

采用上一步技术方案的有益效果在于，实现空气或燃气通过第一通道输送，且空气或燃气通过第一通道时，直接与阴极功能层或阳极功能层表面接触，进行催化；同时实现第一通道与第二通道的输送的气体不会直接接触；通过功能层铺设在第一导气层设有凹槽的一面上，增加了电极的铺设面积，变相增加了三相界面面积，增加了电性能。

进一步的，所述凹槽为曲面槽。

采用上一步技术方案的有益效果在于，通过凹面槽，实现空气或燃气通过第一通道时，降低了气蚀对第一通道的损坏。

进一步的，所述金属连接体厚度为0.05mm～1mm。

采用上一步技术方案的有益效果在于，既能实现第一通道的密封以及集流，同时又能实现在使用过程中连接层与功能层和/或支撑体由于热膨胀系数不匹配产生的应力转化为金属连接体弹性形变，避免应力作用于连接层与功能层和/或支撑体的连接处与密封处，避免了开裂或损坏，延长了SOFC电池结构的使用寿命。

进一步的，所述第一导气层厚度为1mm～5mm、第二导气层厚度为2mm～6mm，所述支撑体厚度3mm～11mm；所述第一通道与所述第二通道之间的最小距离为0.5mm～2mm。

采用上一步技术方案的有益效果在于，既能实现支撑体的强度，又能实现燃气或空气到达阳极功能层或阴极功能层的距离短，避免了第二通道中气体不是直接与电极接触出现电性能降低现象。

进一步的，所述支撑体的空隙率为15～40％。

采用上一步技术方案的有益效果在于，通过孔隙率实现燃气或空气在第二通道中到达阳极功能层或阴极功能层的流量与第一通道中气体到达阴极功能层或阳极功能层的流量相匹配，且流量稳定均匀。

进一步的，所述第一通道与所述第二通道不连通；所述第二导气层设有第二通道入口的侧面与所述第一导气层设有所述凹槽的侧面垂直。所述第二导气层设有第二通道入口的侧面与所述第一导气层设有所述凹槽的侧面垂直。

采用上一步技术方案的有益效果在于，可以实现SOFC电池结构的多种安装方式，适应各种使用环境。

进一步的，所述第一导气层设有若干第三通道，所述第三通道位于相邻两第一通道之间。

采用上一步技术方案的有益效果在于，通过第三通道位于相邻两第一通道之间，可以实现第二通道与第三通道输送同种气体，既同时输送燃气或者空气，能够进一步利用凹槽侧壁的功能层，大大增加了三相界面面积，明显提高了SOFC电池结构的电性能。

附图说明

图1、为本实用新型实施例1的一种SOFC电池结构的结构图；

图2、为本实用新型实施例2的一种SOFC电池结构的结构图；

图3、为本实用新型实施例3的一种SOFC电池结构的结构图；

附图中所示标记：1、支撑体；2、金属连接体；3、第一导气层；4、第二导气层；5、第一通道；6、第二通道；7、第三通道；8、阴极功能层；9、电解质层；10、阳极功能层。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例、说明书附图对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

本实施例提供了一种SOFC电池结构，包括支撑体1、金属连接体2以及设于支撑体上的功能层；所述支撑体1包括一体成型的第一导气层3、第二导气层4；所述第一导气层3与所述功能层连接；所述功能层包括阳极功能层10、电解质层9、阴极功能层8，所述阳极功能层10、电解质层9、阴极功能层8依次连接；所述第一导气层3与金属连接体2相配合形成第一通道5，所述功能层位于第一导气层3与金属连接体2之间；所述支撑体1为陶瓷材质；所述金属连接体厚度为0.05mm。

所述第一导气层3厚度为1mm、第二导气层4厚度为2mm，所述支撑体1厚度3mm；所述支撑体1的孔隙率为15％。

所述第一导气层3表面上设有若干凹槽，所述凹槽为曲面槽；所述第二导气层4设有若干第二通道6，所述第一导气层3远离所述凹槽的侧面与所述第二导气层4连接；所述第二通道6用于输送燃气，燃气通过第二通道6时，燃气穿过第二导气层4上陶瓷孔隙到达支撑体1上连接的阳极功能层10和支撑体1内部含有的阳极功能层材料。

所述第一导气层3通过所述功能层与所述金属连接体2连接；所述功能层铺设在第一导气层3设有凹槽的一面，所述阴极功能层8与所述第一导气层3直接连接；所述凹槽与所述金属连接体2形成若干第一通道5；所述第一通道5用于输送空气。所述第一通道5与所述第二通道6之间的最小距离为0.5mm。

所述第一通道5与所述第二通道6不连通；所述第二导气层4设有第二通道6入口的侧面与所述第一导气层3设有所述凹槽的侧面垂直；所述第一通道5与所述第二通道6平行。

实施例2：

本实施例与实施例1相同的内容不再赘述；所述金属连接体1厚度为0.07mm。

所述第一导气层3厚度为3mm、第二导气层4厚度为4mm，所述支撑体1厚度8mm；所述支撑体1的孔隙率为30％。

所述第一通道5与所述第二通道6之间的最小距离为1.3mm。

所述第一导气层3设有若干第三通道7，所述第一通道5与第三通道7不连通，所述第三通道7位于相邻两第一通道5之间，所述第三通道7用于输送燃气。

实施例3：

本实施例与实施例1相同的内容不再赘述；本实施例与实施例1相同的内容不再赘述；

所述支撑体包括两层第一导气层3，所述第二导气层4位于两层第一导气层3之间。

实施例4：

本实施例与实施例1相同的内容不再赘述；本实施例与实施例1相同的内容不再赘述；所述金属连接体厚度为1mm。

所述第一导气层厚度为5mm、第二导气层厚度为6mm，所述支撑体厚度13mm；所述支撑体的孔隙率为40％。

所述第一通道与所述第二通道之间的最小距离为2mm。所述第一通道5与所述第二通道6垂直。

实施例5：

本实施例与实施例1相同的内容不再赘述；所述第二通道6用于输送空气，空气通过第二通道时，空气穿过第二导气层4上陶瓷孔隙到达支撑体1上连接的阴极功能层8和支撑体1内部含有的阴极功能层材料。

所述第一通道5用于输送燃气；所述阳极功能层与所述第一导气层3直接连接。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能。

Claims

1.一种SOFC电池结构，其特征在于，包括支撑体、金属连接体、以及设于支撑体上的功能层，所述功能层包括阳极功能层、电解质层、阴极功能层；

所述支撑体为陶瓷材质，所述支撑体包括第一导气层、第二导气层；

所述第一导气层与金属连接体相配合形成第一通道，所述功能层位于第一导气层与金属连接体之间且与所述第一导气层连接。

2.根据权利要求1所述的SOFC电池结构，其特征在于，所述第一导气层、第二导气层一体成型，所述第一导气层表面上设有若干凹槽，所述凹槽与所述金属连接体形成若干第一通道；所述第二导气层设有若干第二通道。

3.根据权利要求1所述的SOFC电池结构，其特征在于，所述阳极功能层、电解质层、阴极功能层依次连接；

所述功能层铺设在第一导气层靠近第一通道的一侧，所述阳极功能层或阴极功能层与所述第一导气层连接。

4.根据权利要求2所述的SOFC电池结构，其特征在于，所述凹槽为曲面槽。

5.根据权利要求1所述的SOFC电池结构，其特征在于，所述金属连接体厚度为0.05mm～1mm。

6.根据权利要求1所述的SOFC电池结构，其特征在于，所述第一导气层厚度为1mm～5mm、第二导气层厚度为2mm～6mm、所述支撑体厚度为3～11mm。

7.根据权利要求2所述的SOFC电池结构，其特征在于，所述第一通道与所述第二通道之间的最小距离为0.5～2mm。

8.根据权利要求2所述的SOFC电池结构，其特征在于，所述第一通道与所述第二通道不连通。

9.根据权利要求1所述的SOFC电池结构，其特征在于，所述第一导气层设有若干第三通道，所述第三通道与第一通道不连通。