CN218272386U - 一种固体氧化物燃料单电池测试夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固体氧化物燃料单电池测试夹具，包括两块端板，两个端板可夹持单电池；每个端板包括主体，主体设有方槽状流场；主体上还开设有贯通方槽状流场的流道入口和流道出口，流道入口和流道出口分别设置在方槽状流场的侧壁位置；流道入口的底部设有两条首尾贯通的第一管状外气道；流道入口与其中一条第一管状外气道连通并位于该条第一管状外气道的中部位置，另一条第一管状外气道与外气道入口贯通；流道出口的底部设有两条首尾贯通的第二管状外气道；流道出口与其中一条第二管状外气道连通并位于该条第二管状外气道的中部位置，另一条第二管状外气道与外气道出口贯通。通过采用本夹具解决了内部气道的气体分配不均的问题。

Description

一种固体氧化物燃料单电池测试夹具

技术领域

本实用新型属于测试夹具领域，具体为一种专用于固体氧化物燃料单电池的测试夹具。

背景技术

固体氧化物燃料电池具有全固态结构，不需使用贵金属作为电极，制备成本低等特点。其以氢气、一氧化碳以及其他碳氢燃料作为燃料，通过氧化还原反应将化学能转化成电能，其能量转化效率高，反应产物对环境污染小，是最为绿色环保的能量转换装置之一，因此，固体氧化物燃料电池具有广阔的应用前景。

平板式固体氧化燃料单电池夹具由阳极、阴极、电解质、密封件以及空气和燃料气道构成。单电池夹具的端板对单电池双极板、电解质等施加紧固载荷，同时空气和燃料气道被设置在端板上，密封件的存在和施加的载荷隔离了空气气道和燃料气道，在一定程度上提高了电池的工作效率。单电池夹具端板的气道分为外气道和内部气道，反应气体通过外气道后进入内部气体流道，进一步进行电化学反应。反应气体在外气道中的分配影响电池内气道之间的流场分布，进而对燃料电池的燃料利用率及燃料电池的工作性能产生影响。

目前常见的单电池的夹具端板在侧面对角设置外气道以供气体进入和气体排出，端板中心的开设有方槽状内气道，内气道与外气道贯通，以供反应气体分配到内部的各个气道。由于对角设置外气道的结构特点导致各个内部气道的气体分配不均，导致反应气体的利用率较低，且在单电池运行时局部气道分配到较多的反应气体，致使局部温度升高，产生应力集中，从而影响单电池性能。

实用新型内容

为缓解现有技术中距离气体入口附近的流道中气体流量与距离气体入口远的流道相差较大，同一类型的流道之间气体流量分配不均的问题，本发明的目的在于提供一种用于提高单电池中反应气体均匀分配的固体氧化物燃料单电池的夹具模型。

本实用新型提出的具体方案如下：

一种固体氧化物燃料单电池测试夹具，包括两块对向设置的端板，两个所述端板可开合设置以夹持单电池；每个所述端板均包括主体，所述主体中部设有方槽状流场；所述主体上还开设有贯通所述方槽状流场的流道入口和流道出口，所述流道入口和流道出口分别设置在所述方槽状流场的侧壁位置；

所述流道入口的底部设有两条首尾贯通的第一管状外气道；所述流道入口与其中一条所述第一管状外气道连通并位于该条第一管状外气道的中部位置，另一条所述第一管状外气道与外气道入口贯通；

所述流道出口的底部设有两条首尾贯通的第二管状外气道；所述流道出口与其中一条所述第二管状外气道连通并位于该条第二管状外气道的中部位置，另一条所述第二管状外气道与外气道出口贯通。

进一步的，所述主体为立体矩形结构；所述外气道入口与所述外气道出口沿所述主体的中心线A相对称；所述第一管状外气道与所述第二管状外气道沿所述主体的中心线A相对称；所述流道入口与所述流道出口沿所述主体的中心线A相对称。

进一步的，两条所述第一管状外气道在水平方向平行设置且首尾贯通；两条所述第二管状外气道在水平方向平行设置且首尾贯通。

进一步的，所述外气道入口位于其中一条所述第一管状外气道的中心位置；所述外气道出口位于其中一条所述第二管状外气道的中心位置。

进一步的，所述流道入口、流道出口的长度与所述方槽状流场的宽度相同。

进一步的，所述第一管状外气道与所述第二管状外气道直径大小均相同。

进一步的，还包括第一密封垫，所述第一密封垫被配置在两个所述端板的连接处。

进一步的，还包括第二密封垫；所述主体中部还设有密封凹槽；所述方槽状流场位于所述密封凹槽的中部且所述方槽状流场的深度比所述密封凹槽深度深；所述单电池通过所述第二密封垫内置在所述密封凹槽中。

进一步的，还包括用于收集电流的阳极集流器和阴极集流器；所述阳极集流器和阴极集流器被分别配置在所述端板的方槽状流场中。

进一步的，所述端板背面对角设置有电流电压采集凹槽，在所述电流电压采集凹槽中内置导电片用于导通电流。

采用本技术方案所达到的有益效果为：

与现有技术相比，本发明提供了测试夹具的设计，尤其是对夹具中的端板进行了改进，通过对端板结构的设计，使反应气体从单外气道入口进入第一管状外气道，经气体分流后均匀流入流道入口，有效改善了气体进入气体流道的均匀性，有效增强了反应气体的利用率，提高固体氧化燃料电池的输出效率和使用寿命，没有引入其他装置用于分配气体，结构简单，方便实施。

附图说明

图1为测试夹具与单电池在配合状态在的爆炸图。

图2为端板的立体结构图。

图3为端板的俯视平面结构图。

图4为端板的剖面图，展示内部第一管状外气道、第二管状外气道的分布情况。

图5为端板的侧视平面结构图。

图6为气体在端板中流动的示意图。

其中：10端板、11主体、12方槽状流场、13流道入口、14流道出口、15密封凹槽、16电流电压采集凹槽、21第一密封垫、22第二密封垫、31阳极集流器、32阴极集流器、100第一管状外气道、101外气道入口、200第二管状外气道、201外气道出口。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

本实施例中提供了一种固体氧化物燃料单电池测试夹具，通过对该测试夹具进行合理的结构改进，来完成对单电池的测试工作。

本方案中，参见图1－图6，提出的测试夹具包括两块对向设置的端板10，两个端板10可开合设置以夹持单电池；这里的两块端板可以理解为目前的阴极端板和阳极端板。

本方案中对测试夹具的改进主要集中在端板10上，因此下面对端板10的改进结构做详细地介绍。

具体的，每个端板10均包括主体11，为了增强测试夹具的立体感，这里的主体11为立体矩形结构；在主体11中部设有方槽状流场12；同时在主体11上还开设有贯通方槽状流场的流道入口13和流道出口14，这里的流道入口13和流道出口14分别设置在方槽状流场12的侧壁位置。

可选的，流道入口13、流道出口14的长度与方槽状流场12的宽度相同。

需要注意的是，两个端板10在组成的结构上完全相同，但是也存在有细小的差别点，主要的位置在于两个端板10的方槽状流场12尺寸大小不同，即需要保证阳极端板与阴极端板的方槽状流场有一个尺寸较大，另一个尺寸较小；这样设计在两个端板10进行对合时能够有效的避免对电池形成剪切应力；因为如果两个方槽状流场尺寸相同，将对电池形成较大的剪切应力，将不利于测试的进行。

本实施例中，阴极端板的方槽状流场比阳极端板尺寸大，同时阴极端板的第一/第二管状外气道与阳极端板相比位置上更靠近外气道入口/出口。

具体的，这里的第一管状外气道设置在流道入口13的底部，即在流道入口13的底部设有两条首尾贯通的第一管状外气道100；流道入口13与其中一条第一管状外气道100连通并位于该条第一管状外气道100的中部位置，另一条第一管状外气道100与外气道入口101贯通。

这里的第二管状外气道设置在流道出口14的底部，即在流道出口14的底部设有两条首尾贯通的第二管状外气道200；流道出口14与其中一条第二管状外气道200连通并位于该条第二管状外气道200的中部位置，另一条第二管状外气道200与外气道出口201贯通。

本方案提出的端板10具体为镜像结构设计，即外气道入口101与外气道出口201沿主体11的中心线A相对称；第一管状外气道100与第二管状外气道200沿主体11的中心线A相对称；流道入口13与流道出口14沿主体11的中心线A相对称。

可选的，两条第一管状外气道100在水平方向平行设置且首尾贯通；两条第二管状外气道200在水平方向平行设置且首尾贯通。

为了进一步保证气体流动的均匀性，上文介绍的外气道入口101位于对应第一管状外气道100的中心位置；同样的，外气道出口201位于对应第二管状外气道200的中心位置。

可选的，第一管状外气道100与第二管状外气道200直径大小均相同。

因此，本方案的具体工作时气体的流动方式为：

本实施方案中，以其中一个端板10(比如阳极端板)为例，固体氧化物燃料单电池开始工作时，反应气体从外气道入口101进入第一管状外气道100之后均匀地分为两道气流分别流向第一管状外气道100的两端，最终进入到另一个第一管状外气道100中，并从逐渐向中间汇聚，经过流道入口13均匀分配到方槽状流场12，反应后从流道出口14流出到第二管状外气道200，汇聚到另一个第二管状外气道200后从外气道出口201排出。

测量夹具在进行工作时，还有其余的辅助部件，可选的，还包括第一密封垫21，第一密封垫21被配置在两个端板10(阳极端板和阴极端板)的连接处，保证两个端板闭合时的密闭性。

本方案中，还包括第二密封垫22；同时在主体11中部还设有密封凹槽15；方槽状流场12位于密封凹槽15的中部且方槽状流场12的深度比密封凹槽15深度深；被测试的单电池通过这里的第二密封垫22内置在密封凹槽15中。

歪了保证电流供应的稳定性，这厉害用到了用于收集电流的阳极集流器31和阴极集流器32；阳极集流器31和阴极集流器32被分别配置在端板的方槽状流场12中。

可选的，在端板背面对角设置有电流电压采集凹槽16，在电流电压采集凹槽16中内置导电片用于导通电流，可以理解为，为了实现电流的导通，可以在这里的电流电压采集凹槽16固定导电片，通过这里的导通片与外部的电源连接线接通，从而实现电流的导通。

本技术方案提供了测试夹具的设计，尤其是对夹具中的端板进行了改进，通过对端板结构的设计，使反应气体从单外气道入口进入第一管状外气道100，经气体分流后均匀流入流道入口13，有效改善了气体进入气体流道的均匀性，有效增强了反应气体的利用率，提高固体氧化燃料电池的输出效率和使用寿命，没有引入其他装置用于分配气体，结构简单，方便实施。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固体氧化物燃料单电池测试夹具，其特征在于，包括两块对向设置的端板(10)，两个所述端板(10)可开合设置以夹持单电池；每个所述端板(10)均包括主体(11)，所述主体(11)中部设有方槽状流场(12)，所述方槽状流场(12)之间的尺寸不相同；所述主体(11)上还开设有贯通所述方槽状流场(12)的流道入口(13)和流道出口(14)，所述流道入口(13)和流道出口(14)分别设置在所述方槽状流场(12)的侧壁位置；

所述流道入口(13)的底部设有两条首尾贯通的第一管状外气道(100)；所述流道入口(13)与其中一条所述第一管状外气道(100)连通并位于该条第一管状外气道(100)的中部位置，另一条所述第一管状外气道(100)与外气道入口(101)贯通；

所述流道出口(14)的底部设有两条首尾贯通的第二管状外气道(200)；所述流道出口(14)与其中一条所述第二管状外气道(200)连通并位于该条第二管状外气道(200)的中部位置，另一条所述第二管状外气道(200)与外气道出口(201)贯通。

2.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料单电池测试夹具，其特征在于，所述主体(11)为立体矩形结构；所述外气道入口(101)与所述外气道出口(201)沿所述主体(11)的中心线A相对称；所述第一管状外气道(100)与所述第二管状外气道(200)沿所述主体(11)的中心线A相对称；所述流道入口(13)与所述流道出口(14)沿所述主体(11)的中心线A相对称。

3.根据权利要求2所述的一种固体氧化物燃料单电池测试夹具，其特征在于，两条所述第一管状外气道(100)在水平方向平行设置且首尾贯通；两条所述第二管状外气道(200)在水平方向平行设置且首尾贯通。

4.根据权利要求3所述的一种固体氧化物燃料单电池测试夹具，其特征在于，所述外气道入口(101)位于其中一条所述第一管状外气道(100)的中心位置；所述外气道出口(201)位于其中一条所述第二管状外气道(200)的中心位置。

5.根据权利要求4所述的一种固体氧化物燃料单电池测试夹具，其特征在于，所述流道入口(13)、流道出口(14)的长度与所述方槽状流场(12)的宽度相同。

6.根据权利要求3所述的一种固体氧化物燃料单电池测试夹具，其特征在于，所述第一管状外气道(100)与所述第二管状外气道(200)直径大小均相同。

7.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料单电池测试夹具，其特征在于，还包括第一密封垫(21)，所述第一密封垫(21)被配置在两个所述端板(10)的连接处。

8.根据权利要求7所述的一种固体氧化物燃料单电池测试夹具，其特征在于，还包括第二密封垫(22)；所述主体中部还设有密封凹槽(15)；所述方槽状流场(12)位于所述密封凹槽(15)的中部且所述方槽状流场(12)的深度比所述密封凹槽(15)深度深；所述单电池通过所述第二密封垫(22)内置在所述密封凹槽(15)中。

9.根据权利要求8所述的一种固体氧化物燃料单电池测试夹具，其特征在于，还包括用于收集电流的阳极集流器(31)和阴极集流器(32)；所述阳极集流器(31)和阴极集流器(32)被分别配置在所述端板(10)的方槽状流场(12)中。

10.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料单电池测试夹具，其特征在于，所述端板(10)背面对角设置有电流电压采集凹槽(16)，在所述电流电压采集凹槽(16)中内置导电片用于导通电流。

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