CN219122357U - 一种平板式sofc单电池测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于固体氧化物燃料电池测试领域，具体涉及一种平板式SOFC单电池测试装置，包括阳极测试工装，所述阳极测试工装上设有用于接收待测单电池阳极电流的电流收集组件，所述测试装置还包括压紧定位工装以及与待测单电池阴极相配合的阴极测试工装，所述阳极测试工装、阴极测试工装通过压紧定位工装相连，并与待测电池形成密闭结构。本实用新型的有益效果是：可实现对阳极支撑SOFC单电池阳极一侧空间的完全密封，确保测试的安全性和测试结果的准确性。

Description

一种平板式SOFC单电池测试装置

技术领域

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

背景技术

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cells，SOFC）是一种主要由固体氧化物陶瓷材料组成的能量转换装置，可以在中高温（600℃-1000℃）下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转换为电能。根据支撑形式及材料的不同，可将SOFC大致分为电解质支撑SOFC、阳极支撑SOFC、金属支撑SOFC、阴极支撑SOFC和陶瓷支撑体支撑SOFC。其中阳极支撑SOFC因其运行温度较低（600℃-750℃）、面积比功率密度高且可以采用低成本的陶瓷成型工艺进行制备等优点，在SOFC的工程化应用上具有显著优势。

由于SOFC单电池的稳态运行电压低于1V，且发电功率有限，为了满足大部分应用设施的输出电压和功率需求，有必要将若干单电池进行组合，形成电堆。与热交换器的设计实践类似，即输出功率与电池的工作面积成正比，SOFC电堆中装有的电解质膜面积必须尽可能地大。目前有两种合理的SOFC电堆设计方案，分别是平板式和管式电堆。其中平板式电堆有以下优点：大平面的单电池形状容易通过丝网印刷等通用型工艺手段制备电极，狭窄的堆叠间距可以极大地提高体积功率密度，使用薄板型连接体可以缩短电流传输路径从而降低电堆内阻损耗。然而平板式电堆的串联堆叠形式也存在致命弱点，即组成电堆的单平板电池中，只要有其中一片电池出现破裂，将导致整个电堆的性能急剧劣化甚至失效。此外，电堆的输出功率和燃料利用效率等关键性能，也是每片单电池的相关性能累积的效果。因此，对SOFC平板单电池实施电化学性能测试是SOFC电堆制备工程实践的重要环节。

在SOFC单电池的电化学测试过程中，需要在阳极一侧持续通入燃料气（如氢气、甲烷等），在阴极一侧通入氧气或空气，在高温条件下，电池两侧气体分别在阳、阴两极表面发生电化学反应，从而产生持续的电流。由于测试过程同时使用到氧化性气体和还原性气体，且测试装置在高温下运行，测试装置的密封可靠性是确保测试过程安全的关键。对阳极支撑SOFC平板单电池来说，其结构上占据主要体积的是多孔的阳极支撑体，因此电池的阳极侧实际上通过多孔的阳极支撑体经电池阳极面和电池四周边缘与外部空间连通。加之SOFC单电池阳极侧通入的是易燃易爆的燃料气，而测试装置通常是在非保护性气氛的加热炉中运行，因此阳极支撑SOFC单电池测试装置对电池阳极侧空间的密封尤为重要。

CN207675895U公开了一种交叉流固体氧化物燃料电池片测试工装，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，但所设计阳极测试工装和密封件只能对电池阳极面实施密封，电池四周边缘裸漏于外部空间。使用此测试工作进行阳极支撑SOFC单电池测试时，存在阳极燃料气通过多孔阳极支撑体沿电池边缘泄露的安全隐患，且阳极气体泄漏也会导致电池开路电压测试值偏低。

CN213988951U公开了一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置，可测试不同形状的平板型固体氧化物燃料电池的性能，但用于测试阳极支撑SOFC单电池时也同样存在如上所述的阳极燃料气通过多孔阳极支撑体沿电池边缘泄露的问题。此外，该装置共有至少6个组成部件，且各个部件之间有严格的装配定位关系，因此需要外加导向定位装置对测试装置进行压紧或使用定位紧固螺栓施加压力，给测试装夹过程带来不便。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种平板式SOFC单电池测试装置，克服平板单电池测试装置对阳极支撑SOFC单电池阳极一侧空间不完全密封的问题，以提高阳极支撑SOFC单电池测试的安全性和结果准确性，同时提高测试样品装夹的便利性，适用于普通加热炉。

本实用新型提供了如下的技术方案：

一种平板式SOFC单电池测试装置，包括阳极测试工装，所述阳极测试工装上设有用于接收待测单电池阳极电流的电流收集组件，所述测试装置还包括压紧定位工装以及与待测单电池阴极相配合的阴极测试工装，所述阳极测试工装、阴极测试工装通过压紧定位工装相连，并与待测电池形成密闭结构。

优选的，所述阳极测试工装上设有凹陷部、燃料气入口和产物气出口，所述凹陷部内设有阳极流道，所述阳极流道一端与燃料气入口连通，另一端与产物气出口连通，所述电流收集组件覆盖于阳极流道表面。

优选的，所述阳极测试工装上还设有用于将电流收集组件所收集的阳极电信号传导至外部测试装置的阳极电流传导柱。

优选的，所述压紧定位工装包括压紧块和定位杆，所述压紧块上设有压紧孔，所述阳极测试工装对应位置设有定位孔，所述压紧孔、定位孔通过定位杆相连。

优选的，所述压紧孔和所述定位孔一一对应且设置有多组。

优选的，所述阳极测试工装、压紧定位工装之间设有增加密闭性的密封件。

优选的，所述阴极测试工装上设有阴极流道和空气入口，所述阴极流道一端与空气入口相连通，所述压紧定位工装上设有通孔，所述阴极流道穿过通孔覆盖在待测单电池阴极表面。

优选的，所述阴极测试工装上还设有用于将阴极电信号传导至外部测试装置的阴极电流传导柱。

优选的，所述阳极测试工装的制作基材为镍基合金、铁基合金或导电陶瓷；

所述电流收集组件的材质为具有柔韧性和孔隙率的导电材料，形状为网状、纤维状、泡沫状或粉末堆积状；

所述导电材料为银、镍、铜、不锈钢或导电陶瓷；

所述密封件的材质为玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、云母、蛭石或石棉；

所述压紧定位工装的制作基材为镍基合金、铁基合金或氧化物陶瓷。

优选的，所述阳极流道或阴极流道的的形状为点状、网状、平行线、交叉线或蛇形中的任意一种。

本实用新型的有益效果是：

1、可实现对阳极支撑SOFC单电池阳极一侧空间的完全密封，确保测试的安全性和测试结果的准确性。

2、结构简单，便于拆装定位，无需额外辅助定位压紧装置。本实用新型提供的平板型阳极支撑SOFC单电池测试装置，通过阳极测试工装的中部凹陷空间和测试的单电池片、密封组件以及压紧定位工装形成自压紧的密封结构，确保阳极侧空间的完全密封；通过阴极测试工装的自身重量压紧测试的单电池片，确保阳极测试工装与单电池片的阳极、阴极测试工装与单电池片的阴极形成良好电接触。

附图说明

图1是本实用新型实施例的SOFC单电池测试装置示意图。

图2是本实用新型实施例的阴极测试工装的示意图。

图3是本实用新型实施例的SOFC单电池测试装置的剖视图。

图中，1、阳极测试工装；2、电流收集组件；3、待测单电池；4、密封件；5、压紧块；6、定位杆；7、阴极测试工装；8、凹陷部；9、阳极流道；10、燃料气入口；11、产物气出口；12，通孔；13、定位孔；14、阳极电流传导柱；15、压紧孔；16、阴极流道；18、空气入口；19、阴极电流传导柱。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做具体说明。

如图1、2所示，一种平板式SOFC单电池测试装置，包括阳极测试工装1，所述阳极测试工装1上设有用于接收待测单电池3阳极电流的电流收集组件2，所述测试装置还包括压紧定位工装以及与待测单电池3阴极相配合的阴极测试工装7，所述阳极测试工装1、阴极测试工装7通过压紧定位工装相连，并与待测电池3形成密闭结构。

所述阳极测试工装1上设有凹陷部8、燃料气入口10和产物气出口11，所述凹陷部8内设有阳极流道9，所述阳极流道9一端与燃料气入口10连通，另一端与产物气出口11连通，所述电流收集组件2覆盖于阳极流道9表面。

所述阳极测试工装1上还设有用于将电流收集组件2所收集的阳极电信号传导至外部测试装置的阳极电流传导柱14。

在本实用新型的一些优选实施方式中，所述压紧定位工装包括压紧块5和定位杆6，所述压紧块5上设有压紧孔15，所述阳极测试工装1对应位置设有定位孔13，所述压紧孔15、定位孔13通过定位杆6相连。进一步优选地，所述定位杆6可以是圆柱状，也可以是圆台状；优选地，所述定位杆6为圆台状，所述定位杆底部的直径大于其顶部直径，该结构方便定位杆的导入，减小对组装对准度的要求，并减小对准度不理想时可能对导柱产生的破坏等现象。

在本实用新型的一些优选实施方式中，所述压紧孔15和所述定位孔13一一对应且设置有多组，多组压紧孔15、定位孔13且呈均匀分布，由本领域技术人员根据实际需要进行设置。进一步优选地，多组所述压紧孔15的尺寸可以相同也可以不同，以防止将发生电池错放的现象。

在本实用新型的一些优选实施方式中，所述阳极测试工装1、压紧定位工装之间设有增加密闭性的密封件4。

图2是本实用新型实施例的阴极测试工装的示意图，如图2所示，所述阴极测试工装7上设有阴极流道16和空气入口18，所述阴极流道14一端与空气入口18相连通，所述压紧定位工装上设有通孔12，所述阴极流道14穿过通孔12覆盖在待测单电池3阴极表面，图2中，所述阴极流道16朝向所述待测单电池3。

所述阴极测试工装7上还设有用于将阴极电信号传导至外部测试装置的阴极电流传导柱19。

在本实施例中，阳极测试工装1的基材为430不锈钢，电流收集组件2为泡沫镍，密封件4的材质为玻璃陶瓷，定位压紧工装5的基材为钇稳定的立方氧化锆陶瓷，定位杆6为氧化铝陶瓷杆，阴极测试工装7的基材为crofer22不锈钢。

本实施例的测试装置所测试的单电池为10cm×10cm的平板型阳极支撑SOFC单电池。

本实用新型的工作过程如下：通过选用不同厚度的电流收集组件2，使得待测单电池3的电解质层表面与阳极测试工装1上的凹陷部8的外平面齐平，密封件4放置于待测单电池3的电解质层表面，并通过定位压紧工装5压紧，使得凹陷部8和待测单电池片3、密封件4以及压紧定位工装5形成自压紧的密封结构，确保阳极侧空间的完全密封。

通过阴极测试工装7自身重量使阴极流道16表面压紧于待测单电池3，使阴极测试工装7与待测单电池3的阴极形成良好的电接触；同时阴极测试工装7对单电池3的压力通过单电池3传递到电流收集组件2及阳极流道9的表面，使待测单电池3的阳极与电流收集组件2和阳极测试工装1形成良好的电接触。

阳极电流传导柱14、阴极电流传导柱19各自接入相关测试设备，安装完成后，燃料气入口10通入燃料气，空气入口18通入空气，电流收集组件2是多孔的，燃料气通过阳极流道9，穿过电流收集组件2的孔隙与单电池阳极接触，空气通过阴极流道16与单电池阴极接触，开始反应产生电流，阳极电流传导柱14、阴极电流传导柱19将电流传导至相关检测设备进行检测，反应后产生的气体由产物气出口11排出。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (9)

1.一种平板式SOFC单电池测试装置，其特征在于，包括阳极测试工装（1），所述阳极测试工装（1）上设有用于接收待测单电池（3）阳极电流的电流收集组件（2），所述测试装置还包括压紧定位工装以及与待测单电池（3）阴极相配合的阴极测试工装（7），所述阳极测试工装（1）、阴极测试工装（7）通过压紧定位工装相连，并与待测单电池（3）形成密闭结构。

2.根据权利要求1所述的一种平板式SOFC单电池测试装置，其特征在于，所述阳极测试工装（1）上设有凹陷部（8）、燃料气入口（10）和产物气出口（11），所述凹陷部（8）内设有阳极流道（9），所述阳极流道（9）一端与燃料气入口（10）连通，另一端与产物气出口（11）连通，所述电流收集组件（2）覆盖于阳极流道（9）表面；

所述阴极测试工装（7）上设有阴极流道（16）和空气入口（18），所述阴极流道（16）一端与空气入口（18）相连通，所述压紧定位工装上设有通孔（12），所述阴极流道（16）穿过通孔（12）覆盖在待测单电池（3）阴极表面。

3.根据权利要求1所述的一种平板式SOFC单电池测试装置，其特征在于，所述阳极测试工装（1）上还设有用于将电流收集组件（2）所收集的阳极电信号传导至外部测试装置的阳极电流传导柱（14）。

4.根据权利要求1所述的一种平板式SOFC单电池测试装置，其特征在于，所述压紧定位工装包括压紧块（5）和定位杆（6），所述压紧块（5）上设有压紧孔（15），所述阳极测试工装（1）对应位置设有定位孔（13），所述压紧孔（15）、与所述定位孔（13）通过定位杆（6）相连。

5.根据权利要求4所述的一种平板式SOFC单电池测试装置，其特征在于，所述压紧孔（15）和所述定位孔（13）一一对应且设置有多组。

6.根据权利要求1所述的一种平板式SOFC单电池测试装置，其特征在于，所述阳极测试工装（1）、压紧定位工装之间设有密封件（4）。

7.根据权利要求1所述的一种平板式SOFC单电池测试装置，其特征在于，所述阴极测试工装上还设有用于将阴极电信号传导至外部测试装置的阴极电流传导柱（19）。

8.根据权利要求6所述的一种平板式SOFC单电池测试装置，其特征在于，所述阳极测试工装的制作基材为镍基合金、铁基合金或导电陶瓷；

所述阴极测试工装的制作基材为镍基合金、铁基合金或导电陶瓷；

所述电流收集组件的材质为具有柔韧性和孔隙率的导电材料，形状为网状、纤维状、泡沫状或粉末堆积状；

所述导电材料为银、镍、铜、不锈钢或导电陶瓷；

所述密封件的材质为玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、云母、蛭石或石棉；

所述压紧定位工装的制作基材为镍基合金、铁基合金或氧化物陶瓷。

9.根据权利要求2所述的一种平板式SOFC单电池测试装置，其特征在于，所述阳极流道或阴极流道的形状为点状、网状、平行线、交叉线或蛇形中的任意一种。

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