TW202343865A - 具插入件之電化學電池總成 - Google Patents

具插入件之電化學電池總成 Download PDF

Info

Publication number
TW202343865A
TW202343865A TW112112918A TW112112918A TW202343865A TW 202343865 A TW202343865 A TW 202343865A TW 112112918 A TW112112918 A TW 112112918A TW 112112918 A TW112112918 A TW 112112918A TW 202343865 A TW202343865 A TW 202343865A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
electrochemical cell
end plate
insulating plate
cell assembly
assembly
Prior art date
Application number
TW112112918A
Other languages
English (en)
Inventor
安德魯 比拉德
麥可 特魯博迪
阿拉斯泰爾 杰伊
尼爾斯 吉塞爾曼
Original Assignee
英商席瑞絲知識產權有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 英商席瑞絲知識產權有限公司 filed Critical 英商席瑞絲知識產權有限公司
Publication of TW202343865A publication Critical patent/TW202343865A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/248—Means for compression of the fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本發明係有關於一種電化學電池總成(10)，其包含：一第一端板總成(12)；一電池重複單元(18)之堆疊體(14)；及一第二端板總成(16)，該堆疊體係在該第一端板總成與該第二端板總成之間被保持在一壓縮狀態，該第一端板總成及/或該第二端板總成各包含：一端板(32)；及一絕緣板(34)，其設置在該端板與該堆疊體之間，其中至少一貫穿孔(36)設置在該絕緣板中，且其中一密封插入件(40)設置在該絕緣板之該至少一貫穿孔中，該密封插入件沿著該堆疊方向界定一流體通路(42)。本發明亦有關於一種端板總成及一種製造電化學電池總成之方法。

Description

具插入件之電化學電池總成
本發明係有關於電化學電池總成及供電化學電池總成使用之端板總成，以及製造電化學電池總成之方法。更詳而言之，本發明係有關於燃料電池及電解槽電池以及其堆疊體，其包括金屬支持固態氧化物電池及其堆疊體的領域。
燃料電池及電解槽電池係電化學電池之例子。燃料電池係容許電化學燃料轉換成電力之能量轉換裝置。電解槽電池係以逆轉模式運作，亦即使用電力產生化學藥品之燃料電池。可逆電池可以兩種模式操作。
通常，多數該等電池單元互相堆疊以形成一電池重複單元之「堆疊體」。該堆疊體可在設置在該堆疊體之相對側的兩端板之間被保持在一壓縮狀態，藉此形成一電化學電池總成。該等端板，除了該壓縮功能以外，通常亦用來作為用於供應該電池堆疊體燃料及/或用於電接觸該電池堆疊體之進接點。
在該等電化學電池總成中，一絕緣板可設置在該等端板與該電池重複單元之堆疊體之間以便電氣地絕緣該端板及該電池堆疊體。該絕緣板可包含貫穿孔以形成用於供應流體，特別是燃料至該電池堆疊體之流體通路。為了避免燃料洩漏，該等貫穿孔可藉由個別墊圈相對該電池重複單元之堆疊體密封，該等墊圈通常設置在面對該電池重複單元之堆疊體的該絕緣板之該表面上。
在壓縮該電池重複單元之堆疊體時施加的機械負載會在該電池重複單元之堆疊體的組件中產生不利的機械應力及變形。
本發明之一目的係改善一電化學電池總成中之密封及負載分布。
依據本發明，提供一種如請求項1之電化學電池總成。該電化學電池總成包含：一第一端板總成、一電池重複單元之堆疊體及一第二端板總成。該電池重複單元之堆疊體包含沿著一堆疊方向互相堆疊之複數電池重複單元。該電池重複單元之堆疊體在該第一端板總成與該第二端板總成之間被保持在一壓縮狀態。因此，該端板總成可包含用於沿著該堆疊方向相向拉緊該第一端板總成及該第二端板總成之另外壓縮裝置。該壓縮裝置在所屬技術領域中是習知的，且可例如包括張力桿，壓縮彈簧或螺栓、夾具或用於壓縮之其他裝置。該等第一與第二端板總成宜設置在該電池重複單元之堆疊體的相對側。
該第一端板總成及/或該第二端板總成，較佳地該第一端板總成及該第二端板總成各包含：一面狀地延伸之端板及一面狀地延伸之絕緣板。該絕緣板係設置在該端板與該電池重複單元之堆疊體之間。較佳地，該端板及該絕緣板都朝與該堆疊方向垂直之一方向面狀地延伸且互相平行。換言之，該絕緣板可沿著該堆疊方向堆疊在該端板上。至少一貫穿孔設置在該絕緣板中。較佳地，該至少一貫穿孔沿著該堆疊方向延伸。依據本發明，一密封插入件被設置且被收納在該絕緣板中之該至少一貫穿孔中。因此，該第一端板總成及/或該第二端板總成各包含被收納在該絕緣板中之一對應貫穿孔中的至少一密封插入件中。該密封插入件沿著該堆疊方向界定較佳地用於供給燃料至該電池重複單元之堆疊體的一流體通路。
提出之組態容許改善該電化學電池總成之密封且不在該電池堆疊體上造成會破壞該等電池重複單元之不當壓縮。更詳而言之，當該等密封插入件被收納在該絕緣板之該等貫穿孔中時，由該等端板導入該等密封插入件之壓縮力直接地傳送至該等電池重複單元之堆疊體，較佳地未將負載傳送至該絕緣板。因此，通過該等密封插入件之一負載路徑可由通過該絕緣板之一負載路徑解耦，這容許施加與位置相關之壓縮力。 這可對該電池重複單元之堆疊體在局部地對應該等密封插入件(以下詳述)之位置包含墊圈(例如用於密封相鄰電池重複單元)之電化學電池總成的實施例特別有利。例如，傳送至該等墊圈之負載可增加超過傳送至該堆疊體之其他區域的負載，同時避免對該電池單元之其他部件(例如對該等電池單元之電化學活性層)造成破壞。
較佳地，該等第一與第二端板總成都如上述地構成。較佳地，該密封插入件係與該絕緣板分開地設置。換言之，該密封插入件宜設置成一分開組件且接著插入個別貫穿孔。
較佳地，該絕緣板包含二或二個以上貫穿孔。因此，該第一及/或該第二端板總成可包含二或二個以上密封插入件，各密封插入件被收納在該絕緣板中之一對應貫穿孔中。但是，這未排除該絕緣板可包含未收納一密封插入件之另外貫穿孔(例如用於不同目的之貫穿孔)。在一較佳實施例中，該絕緣板可包含四個貫穿孔。
該等電池重複單元可為燃料電池單元、電解槽電池單元或可逆電池單元。該等電池重複單元可為金屬支持電化學電池單元。該等電池重複單元可為固態氧化物燃料電池單元或固態氧化物電解槽電池單元。該等電池單元可各可包含多數層，其包括一機械支持層、電化學活性層及任選之一間隔器或互連器。該等電化學活性層可包含一燃料電極層、一電解質層及一空氣或氧化劑電極層。該等電化學活性層可沈積(例如成為薄塗層或薄膜)在該機械支持層上或被該機械支持層，例如被如一金屬箔之一金屬支持板支持。
該等電池重複單元可包含至少一，較佳係二或二個以上貫穿孔，該等貫穿孔係與該等電池單元之活性層流體連通以容許流體進入及離開該等電池單元(例如透過個別流體通道)。因此，該等電池單元中之貫穿孔可形成該等電池單元之流體孔，例如燃料孔。該電池重複單元之堆疊體可更包含組配成密封該電池重複單元之該等流體孔的墊圈，較佳係密封環。在該堆疊體中，該等堆疊電池重複單元之該行流體孔及該電池重複單元之堆疊體的任選墊圈一起形成沿著該堆疊方向延伸之一流體通路(或囪道)，該流體通路作為用於分配該電池重複單元之堆疊體內之流體的一內歧管。除了該等電池重複單元以外，該電池重複單元之堆疊體亦可包含其他組件，例如電氣連接器、電接觸(電流收集)板(例如單極或端極板)或另外之密封墊圈。
在某些實施例中，該密封插入件可組配成使得至少在該電化學電池總成之一未壓縮狀態(即當該電池重複單元之堆疊體放在該等第一與第二端板總成之間但該等第一與第二端板總成尚未用最後壓縮力相向拉緊時)，該密封插入件延伸超出該絕緣板中之對應貫穿孔。換言之，該密封插入件可突出超過面對該電池重複單元之堆疊體的該絕緣板之該表面。因此，該密封插入件可沿著該堆疊方向具有超過該絕緣板之厚度的一縱向長度。該組態具有在該未壓縮狀態，該電池重複單元之堆疊體較佳地只被該至少一密封插入件支持的優點。在該組態中，當壓縮該電池重複單元之堆疊體時，負載主要係在該等密封插入件之位置導入該電池重複單元之堆疊體直到該電池重複單元之堆疊體抵靠該絕緣板為止。這對於該電池重複單元之堆疊體在局部地對應於該絕緣板中之貫穿孔的位置如上述地包含流體孔及墊圈的實施例特別有利。在這情形中，該電池重複單元之堆疊體的墊圈可被壓縮以確保液密密封。
該密封插入件可組配成使得在該電化學電池總成之組合(壓縮)狀態(即當該電池重複單元之堆疊體在該等第一與第二端板總成之間被保持在一壓縮狀態時)，該密封插入件仍延伸超出該貫穿孔。
或者，該密封插入件可設計成使得在該電化學電池總成之組合(壓縮)狀態，該密封插入件之一上表面係定位成與該絕緣板之一表面齊平，該上表面面對該電池重複單元之堆疊體，且該絕緣板之該表面面對該電池重複單元之堆疊體。換言之，該絕緣板及該密封插入件可組配成使得在該電化學電池總成之組裝狀態，為該電池重複單元之堆疊體提供一水平支持。這減少會導致該電池重複單元之堆疊體的彎曲或變形(例如設置成與該絕緣板相鄰之一電流收集板的變形)的機械應力。較佳地，該電池重複單元之堆疊體在該等第一與第二端板總成之間被保持在一壓縮狀態使得該電池重複單元之堆疊體抵靠該絕緣板之該表面(例如藉由設置成與該絕緣板相鄰之一電流收集板)，因此可支持該等電池單元之活性區域的壓縮。
在某些實施例中，該密封插入件可包含被收納在該絕緣板中之對應貫穿孔中的至少一套筒，該至少一套筒沿著該堆疊方向界定一流體通道。因此，該套筒可界定沿著該堆疊方向延伸之一內空腔。該至少一套筒可為一中空圓柱體，該中空圓柱體之中空空間形成該流體通道。該密封插入件可只包含一個套筒。或者，該密封插入件可包含沿著該堆疊方向堆疊之多數套筒。
在某些實施例中，除了該至少一套筒以外，該密封插入件可包含組配成相對該電池重複單元之堆疊體密封該流體通道的至少一墊圈。該至少一墊圈可為一密封環或一密封片。該至少一墊圈可定位成環繞該流體通道，較佳地與該流體通道同軸。任選地，該密封插入件可更包含組配成相對該端板密封該流體通道之至少一墊圈。
在某些實施例中，該密封插入件可包含一單一套筒，其中一第一墊圈設置在該單一套筒之一第一面上，該單一套筒之該第一面面對該電池重複單元之堆疊體。任選地，一第二墊圈可設置在該單一套筒之一第二面上，該單一套筒之該第二面面對該端板。在該組態中，該套筒支持該墊圈或該等墊圈，因此使力可靠地導入該等墊圈。
較佳地，該套筒及任選之該至少一墊圈係由一可機械地壓縮之材料形成。在這申請案之上下文中，一組件由一特定材料「形成」可表示該組件主要包含該特定材料(大部份由該材料構成)或由該特定材料構成。該組件可藉由用於構成它之主要源材料的該特定材料來產生。
較佳地，該套筒及任選之該至少一墊圈可壓縮使得在該電化學電池總成之該組合狀態下，該第一墊圈(設置在該套筒之第一面上)之一上表面係定位成與面對該電池重複單元之堆疊體的該絕緣板之該表面齊平，且該上表面面對該電池重複單元之堆疊體。因此，在該電化學電池總成之組合狀態，為該電池重複單元之堆疊體提供水平支持且該絕緣板可支持該堆疊體。任選地，在包含一第二墊圈(設置在該單一套筒之第二面上)的實施例中，該第二墊圈之一表面係定位成與該絕緣板之一表面齊平，該第二墊圈之該表面面對該端板，且該絕緣板之該表面面對該端板。
在某些實施例中，該密封插入件可由一單一套筒構成。該單一套筒可由一可機械壓縮之材料形成。較佳地，該單一套筒可壓縮使得在該電化學電池總成之組合狀態，該單一套筒之一第一面係定位成與面對該電池重複單元之堆疊體的該絕緣板之該表面齊平，該第一面面對該電池重複單元之堆疊體。該單一套筒可由一陶瓷材料形成。或者，該單一套筒可由雲母形成。
在某些實施例中，該密封插入件可包含複數套筒及墊圈，該等複數套筒及墊圈宜沿著該堆疊方向以一交錯方式堆疊。因此，該密封插入件可包含以一交錯方式互相堆疊之套筒及墊圈的一多層結構。該多層結構設計容許更佳負載分布且因此，減少在該壓縮狀態之電池重複單元之堆疊體的變形風險。依據該絕緣板之厚度，可調整該等套筒-墊圈對之數目。較佳地，該等套筒-墊圈對之數目係選擇成使得在該電化學電池總成之組合狀態，該(多層結構)密封插入件之一上表面係定位成與面對該電池重複單元之堆疊體的該絕緣板之該表面齊平且該上表面面對該電池重複單元之堆疊體且任選地，該(多層結構)密封插入件之一下表面係定位成與面對該端板的該絕緣板之一表面齊平。有利地，該密封插入件可設計成使得一墊圈形成該多層結構之一頂層，該頂層面對該電池重複單元之堆疊體。替代地或另外地，該密封插入件可設計成使得一墊圈形成該多層結構之底層，該底層面對該端板。
依據一通用態樣，該密封插入件可沿著該貫穿孔之全長延伸穿過該貫穿孔。較佳地，該密封插入件在該電化學電池總成之組裝狀態抵靠該端板。較佳地，該密封插入件藉由一墊圈抵靠該端板。換言之，該密封插入件之最下層宜係一墊圈，該最下層面對該端板。這容許改善該燃料通路相對該端板之密封。
依據另一通用態樣，該至少一貫穿孔及該對應密封插入件可設計成使得在該電化學電池總成之組裝狀態(即當該密封插入件被收納在該貫穿孔中且該電池重複單元之堆疊體在該第一端板總成與該第二端板總成之間被保持在一壓縮狀態時)，該密封插入件，特別是該至少一套筒例如由於起因於該壓縮之橫向應變而被強迫配合地保持在該貫穿孔中。這進一步改善該流體通路之密封及電絕緣。
或者，貫穿孔及對應密封插入件可設計成使得在該電化學電池總成之組裝狀態，一環形間隙存在該絕緣板與該密封插入件之間(更詳而言之，在定該貫穿孔之壁與該密封插入件之間)。這進一步改善該密封插入件與該絕緣板間之負載解耦。
在該實施例中，且一般而言，若一次要絕緣板設置在上述(主要)絕緣板與該端板之間是有利的。因為該次要絕緣板消除該電池重複單元之堆疊體(特別是該電流收集)與該端板間的直接視線，所以它可有助於減少在該環形間隙中之電絕緣風險。較佳地，該次要絕緣板沿著該堆疊方向具有比該(主要)絕緣板沿著該堆疊方向之厚度小的一厚度。較佳地，該次要絕緣板之厚度與該絕緣板之厚度間的一比率係小於0.5，較佳係小於0.4，更佳係小於0.3，又更佳係小於0.2，再更佳係小於0.1。
該次要絕緣板可包含至少一貫穿孔。較佳地，該絕緣板中之各貫穿孔被分配該次要絕緣板中之一對應貫穿孔。較佳地，該次要絕緣板中之該貫穿孔或該等貫穿孔係設置在局部地對應於該絕緣板中之該對應貫穿孔或該等對應貫穿孔的位置。該次要絕緣板之該至少一貫穿孔的直徑可比該絕緣板中之該至少一貫穿孔的直徑小。較佳地，該次要絕緣板之該至少一貫穿孔的直徑係等於或大於由該密封插入件界定之該流體通道的直徑。
依據一通用態樣，該絕緣板及/或該次要絕緣板可由一電絕緣材料形成。較佳地，該絕緣板及/或該次要絕緣板係由雲母形成。
依據另一通用態樣，該至少一套筒及/或該至少一墊圈可由一電絕緣材料形成。該至少一套筒及/或該至少一墊圈可由雲母形成。或者，該至少一套筒及/或該至少一墊圈可由一陶瓷材料形成。陶瓷材料具有高機械剛性及優異蠕變穩定性之優點，因此改善長期密封功能。較佳地，該至少一墊圈係由Thermiculite(Flexitalic group之註冊商標)形成。在一較佳實施例中，該至少一套筒係由一陶瓷材料形成且該至少一墊圈係由Thermiculite形成。在另一較佳實施例中，該至少一套筒係由雲母形成且該至少一墊圈係由Thermiculite形成。
依據另一通用態樣，至少一貫穿孔可設置在該端板中以形成用於該電化學電池總成之一流體連接。較佳地，該端板中之該至少一貫穿孔係配置成與該絕緣中之該至少一貫穿孔流體連通且更佳地與其同軸。較佳地，該端板及該絕緣板各包含複數貫穿孔，其中該絕緣板中之各貫穿孔被分配該端板中之一對應貫穿孔，該端板中之該貫穿孔及該絕緣板中之該對應貫穿孔係配置成互相流體連通且更佳地互相同軸。
此外，該端板可具有形成一空氣或氧化劑孔之至少另一貫穿孔。該絕緣板可設計及配置成使得該絕緣板至少部份地環繞該至少另一貫穿孔，因此容許改善該至少另一貫穿孔之密封。
本發明亦有關於較佳地供上述電化學電池總成使用之一端板總成。關於該電化學電池總成之第一與第二端板總成的上述特徵及優點亦可應用於如請求項25之端板總成。該端板總成包含一端板及一絕緣板，該絕緣板及該端板係沿著一堆疊方向互相堆疊，該堆疊方向宜等同該電化學電池總成中之電池重複單元的意圖堆疊方向。至少一貫穿孔設置在該絕緣板中。較佳地，該至少一貫穿孔沿著該堆疊方向延伸。此外，一密封插入件設置在該絕緣板之該至少一貫穿孔中，該密封插入件沿著該堆疊方向界定一流體通路。
較佳地，該密封插入件，至少在該端板總成尚未結合在該電化學電池總成中之一狀態，朝該貫穿孔之方向，較佳地沿著該堆疊方向具有超過該絕緣板之厚度的一縱向長度。換言之，該密封插入件宜在該端板總成之一未壓縮狀態延伸超出該貫穿孔。
本發明亦有關於一製造電化學電池總成之方法。該方法包含以下步驟：提供一第一端板總成、複數電池重複單元及一第二端板總成，該等第一與第二端板總成中之至少一者，更佳地兩端板總成係如上述地構成。換言之，該等第一及/或該第二端板總成各如上述地包含一端板、一絕緣板及至少一密封插入件。該方法更包含以下步驟：將該等電池重複單元按照一堆疊順序沿著一堆疊方向定位在該第一端板總成與該第二端板總成之間以形成一電池重複單元之堆疊體。該方法更包含以下步驟：藉由沿著該堆疊方向相向拉緊該第一端板總成及該第二端板總成來沿著該堆疊方向壓縮該等電池重複單元。
較佳地，藉由相向拉緊該第一端板總成及該第二端板總成來沿著該堆疊方向壓縮該等電池重複單元直到在如上述地構成之該至少一端板總成中，該密封插入件之一上表面定位成與該絕緣板之一表面齊平為止，該上表面對該電池重複單元之堆疊體，且該表面面對該電池重複單元之堆疊體。較佳地，藉由相向拉緊該第一端板總成及該第二端板總成來沿著該堆疊方向壓縮該等電池重複單元直到該電池重複單元之堆疊體抵靠該絕緣板之該表面為止。
其他實施例可由以下說明及圖推導。
在本說明書及圖中重複使用參考符號意圖表示相同或類似形貌體或元件。
圖1示意地顯示一電化學電池總成10之一示範實施例的輪廓。該電化學電池總成10包含一第一端板總成12、一電池重複單元18之堆疊體14及一第二端板總成16(亦請參見圖2及圖3)。在組合狀態中，該電池重複單元之堆疊體14在該第一端板總成12與該第二端板總成16之間被保持在一壓縮狀態。因此，該電化學電池總成10可包含所屬技術領域中習知之其他壓縮裝置(未圖示)，例如張力桿、壓縮彈簧或螺栓。
該電池重複單元之堆疊體14包含複數電池重複單元18，該等電池重複單元18係沿著一堆疊方向20互相堆疊(請參見圖2a及3b)。如上所述，該等電池重複單元18可為包含電化學活性層(未圖示)之燃料電池單元、電解槽電池單元或可逆電池單元。
請參閱圖3a及3b，可看到各電池重複單元18較佳地包含二或二個以上，在該例子中係四個貫穿孔22，該等貫穿孔22係例如透過個別流體通道(未圖示)與該電池單元18之活性層流體連通。因此，該等貫穿孔22形成個別電池重複單元18之流體孔24。在所示實施例中，該電池重複單元18之堆疊體14更包含設置在該等獨立電池重複單元18之間且組配成相對相鄰電池重複單元18密封該等流體孔24的任選密封墊圈26(請參見圖2b及3b)。
如圖3a及3b所示，該行流體孔24及墊圈26一起形成沿著該堆疊方向20延伸貫穿密封重複單元18之堆疊體14的一流體通路28。該流體通路28作為用於分配燃料至該等獨立電池重複單元18之一內歧管30。在所示實施例中，該電化學電池總成10包含該等歧管30中之四個歧管。
在示範地所示實施例中，該第一端板總成12及該第二端板總成16係相等地構成。以下，該等端板總成12、16之結構係使用該第一端板總成12來舉例說明。
圖4顯示該第一端板總成12之立體圖。該端板總成12包含一端板32及一絕緣板34。該端板32及該絕緣板34係沿著該堆疊方向20互相堆疊。在該電化學電池總成10中，該絕緣板34係設置在該端板32與該電池重複單元18之堆疊體14之間(請參見例如圖3a)。
較佳地，該絕緣板34係由一電絕緣材料，更佳地由雲母形成。
該絕緣板34包含沿著該堆疊方向20延伸之複數貫穿孔36(請參見圖5)。在所示例子中，該絕緣板34包含四個貫穿孔36，該等貫穿孔36在該組裝電池總成10中係與該等電池重複單元18之流體孔24同軸地配置在該電化學電池總成10中(請參見例如圖3b)。
在這實施例中，該端板32亦包含複數，在該例子中係四個貫穿孔38，該等貫穿孔沿著該堆疊方向20延伸且配置在局部地對應於該絕緣板34中之該等貫穿孔36位置的位置(請參見圖5)。較佳地，該端板32中之貫穿孔38係與該絕緣板34中之貫穿孔36且與該等電池重複單元18中之貫穿孔22同軸地配置。較佳地，該端板32中之貫穿孔38的直徑比該絕緣板24中之貫穿孔36的直徑小。
請參閱圖4，可看到一密封插入件40被收納在該絕緣板34中的各貫穿孔36中。即，該端板總成12、16更包含設置在該絕緣板34之貫穿孔36中的複數密封插入件40。各密封插入件40沿著該堆疊方向界定用於供給流體至該電池重複單元18之堆疊體14的一中心流體通路42。
在圖1至6之實施例中，各密封插入件40包含沿著該堆疊方向20互相堆疊之一第一墊圈44、一套筒46及一第二墊圈48(請參見圖6c)。該等墊圈44、48宜係密封環。如圖5所示，該套筒46具有沿著該堆疊方向20界定一中心流體通道50之一中空圓柱體的形狀。該等墊圈44、48係組配成相對該電池重複單元18之堆疊體14(第一墊圈44)且相對該端板32(第二墊圈48)密封該流體通道50。更詳而言之，該第一墊圈44係設置在該套筒46之一第一面52上，該第一面52面對該電池重複單元18之堆疊體14(請參見圖6c)。因此，在該電化學電池總成10之組合狀態，該第一墊圈44抵靠該電池重複單元18之堆疊體14(請參見例如圖2b)。該第二墊圈48係設置在該套筒46之一相對第二面54上，該第二面54面對該端板32(請參見圖6c)。因此，在該電化學電池總成10之組合狀態，該第二墊圈48抵靠該端板32。
請參閱圖2b及3b，可看到在該組合狀態，該端板32中之貫穿孔38、該等第二墊圈48、該等套筒46(流體通道50)、該等第一墊圈44、該等流體孔24及該電池重複單元18之堆疊體14的墊圈26互相同軸地配置，因此一起形成沿著該堆疊方向20延伸且較佳地貫穿該電化學電池總成10之整個厚度的一囪道55。在所示實施例中，該電化學電池總成包含該等囪道55中之四個囪道(請參閱圖1)。
如圖6b及6c所示，該密封插入件40宜設計成使得至少在該未壓縮狀態(即該第一端板總成12及該第二端板總成16被相向拉緊以壓縮該電池重複單元18之堆疊體14前)，該密封插入件40由該絕緣板34之一頂表面56突出，該頂表面56面對該電池重複單元18之堆疊體14。換言之，該密封插入件40宜沿著該堆疊方向20具有超過該絕緣板34之厚度的一縱向長度。
該密封插入件40係設計成使得在該電化學電池總成10之壓縮狀態，該密封插入件40之一上表面58(在所示實施例中，該第一墊圈44之上表面58)係定位成與面對電池重複單元18之堆疊體14的該絕緣板34之頂表面56齊平，且該上表面58面對該電池重複單元18之堆疊體14。依此方式，當該電池重複單元18之堆疊體14在該第一端板總成12與該第二端板總成16之間被保持在一壓縮狀態時，為該電池重複單元18之堆疊體14提供一水平支持。
因此，該套筒46及/或該等墊圈44、48宜由一可機械壓縮之材料形成。例如，該套筒46可由雲母形成。或者，該套筒46可由一陶瓷材料形成。該等第一與第二墊圈44、48宜由一電絕緣材料形成。例如，該等第一與第二墊圈44、48可由Thermiculite材料形成。
請參閱圖7，顯示的是該密封插入件40之另一實施例，其中該密封插入件40係由一單一套筒46構成。該單一套筒46可沿著該堆疊方向20具有超過該絕緣板34之厚度的一縱向長度。即，該單一套筒46可在該端板總成12之一未壓縮狀態延伸超出該絕緣板34中之個別貫穿孔36。較佳地，該單一套筒可壓縮使得在該電化學電池總成10之組合狀態，該單一套筒46之一第一面52係定位成與面對該電池重複單元18之堆疊體14的該絕緣板34之該表面56齊平，且該第一面52面對該電池重複單元18之堆疊體14。
請參閱圖8，顯示的是該密封插入件40之又一實施例，其中該密封插入件40包含以一交錯方式沿著該堆疊方向20互相堆疊的套筒46及墊圈44之一多層結構62。該等套筒-墊圈對之數目係選擇成使得在該電化學電池總成10之壓縮狀態，該(多層結構)密封插入件之一頂表面58係定位成與面對該電池重複單元18之堆疊體14的該絕緣板34之該表面56齊平，且該頂表面58面對該電池重複單元18之堆疊體14。如圖8所示，該多層結構62之頂層64及底層66宜都由一墊圈44提供。
請參閱圖9，顯示的是該端板總成12之另一實施例的詳圖，其中一次要絕緣板68設置在該端板32與該(主要)絕緣板34之間。該密封插入件40(在圖9中只示意地顯示)可依據前述任一示範實施例來設計(例如單一套筒、具有墊圈之單一套筒、多層結構、…)。該密封插入件40被該次要絕緣板68支持。在這實施例中，該密封插入件40可設計成使得在該電化學電池總成10之一壓縮狀態，一環形間隙70存在該密封插入件40與該絕緣板34之間。這更有助於解耦該墊圈囪道28(歧管30)與該等電池重複單元18之活性區域間的負載路徑。
如圖9中示範地所示，該次要絕緣板68包含在局部地對應於該絕緣板34中之貫穿孔36及該絕緣板34中之貫穿孔38的位置的貫穿孔72。較佳地，該等貫穿孔36、38、72係互相同軸地配置。較佳地，該次要絕緣板68中之貫穿孔72的直徑比該絕緣板34中之貫穿孔36的直徑小。該次要絕緣板68可由與該(主要)絕緣板34相同之材料，例如由雲母形成。較佳地，該次要絕緣板68沿著該堆疊方向20之厚度比該(主要)絕緣板34沿著該堆疊方向之厚度小。
10:電化學電池總成 12:第一端板總成 14:堆疊體 16:第二端板總成 18:電池重複單元 20:堆疊方向 22,36,38,72:貫穿孔 24:流體孔 26:墊圈 28:流體通路；墊圈囪道 30:歧管 32:端板 34:絕緣板 40:密封插入件 42:中心流體通路 44:第一墊圈 46:套筒 48:第二墊圈 50:流體通道 52:第一面 54:第二面 55:囪道 56:頂表面 58:上表面 62:多層結構 64:頂層 66:底層 68:次要絕緣板 70:環形間隙
在圖中： 圖1顯示一電化學電池總成之一實施例的立體圖； 圖2a顯示依據圖1之電化學電池總成的橫截面圖；且圖2b顯示圖2a之詳圖； 圖3a顯示依據圖1之電化學電池總成的立體圖；且圖3b顯示圖3a之詳圖； 圖4顯示依據圖1之電化學電池總成之一端板總成的立體圖； 圖5顯示依據圖4之端板總成的分解立體圖； 圖6a顯示依據圖4之端板總成的俯視圖；圖6b顯示沿著圖6a所示之截面線VIb-VIb通過依據圖6a之端板總成的一截面；且圖6c顯示圖6b之詳圖； 圖7顯示該電化學電池總成之另一實施例的詳圖； 圖8顯示該電化學電池總成之又一實施例的詳圖； 圖9顯示該電化學電池總成之再一實施例的詳圖。
10:電化學電池總成
12:第一端板總成
14:堆疊體
16:第二端板總成
18:電池重複單元
20:堆疊方向
26:墊圈
28:流體通路；墊圈囪道
32:端板
34:絕緣板
38:貫穿孔
40:密封插入件
42:中心流體通路
46:套筒
55:囪道

Claims (27)

  1. 一種電化學電池總成(10)，其包含： 一第一端板總成(12)； 一電池重複單元(18)之堆疊體(14)，其包含沿著一堆疊方向(20)互相堆疊之複數電池重複單元(18)；及 一第二端板總成(16)， 該電池重複單元(18)之堆疊體(14)在該第一端板總成(12)與該第二端板總成(16)之間被保持在一壓縮狀態，該第一端板總成(12)及/或該第二端板總成(14)各包含： 一端板(32)；及 一絕緣板(34)，其位於該端板(32)與該電池重複單元(18)之堆疊體(14)之間， 其中至少一貫穿孔(36)設置在該絕緣板(34)中，且其中一密封插入件(40)被收納在該絕緣板(34)之該至少一貫穿孔(36)中，該密封插入件(40)沿著該堆疊方向(20)界定一流體通路(42)。
  2. 如請求項1之電化學電池總成(10)，其中該密封插入件(40)係設計成使得在該電化學電池總成(10)之組合狀態下，該密封插入件(40)之一上表面(58)係定位成與該絕緣板(34)之一表面(56)齊平，該上表面(58)面對該電池重複單元(18)之堆疊體(14)，且該絕緣板(34)之該表面(56)面對該電池重複單元(18)之堆疊體(14)。
  3. 如請求項1或2之電化學電池總成(10)，其中該密封插入件(40)包含至少一套筒(46)，該至少一套筒(46)沿著該堆疊方向(20)界定一流體通道(50)。
  4. 如請求項3之電化學電池總成(10)，其中該密封插入件(40)包含組配成相對該電池重複單元(18)之堆疊體(14)密封該流體通道(50)的至少一墊圈(44)，及任選地包含組配成相對該端板(32)密封該流體通道(42)之至少一墊圈(48)。
  5. 如請求項1至4中任一項之電化學電池總成(10)，其中該密封插入件(40)包含一單一套筒(46)，其中一第一墊圈(44)設置在面對該電池重複單元(18)之堆疊體(14)的該單一套筒(46)之一第一面(52)上且，任選地，一第二墊圈(48)設置在面對該端板(32)的該單一套筒(46)之一第二面(54)上。
  6. 如請求項5之電化學電池總成(10)，其中該套筒(46)及任選之該至少一墊圈(44、48)可壓縮使得在該電化學電池總成(10)之該組合狀態下，該第一墊圈(44)之一上表面(58)係定位成與該絕緣板(34)之一表面(56)齊平，該上表面(58)面對該電池重複單元(18)之堆疊體(14)，且該表面(56)面對該電池重複單元(18)之堆疊體(14)。
  7. 如請求項1至4中任一項之電化學電池總成(10)，其中該密封插入件(40)由一單一套筒(46)構成，該單一套筒(46)可壓縮使得在該電化學電池總成(10)之該組合狀態下，該單一套筒(46)之一第一面(52)係定位成與該絕緣板(34)之一表面(56)齊平，該第一面(52)面對該電池重複單元(18)之堆疊體(14)，且該絕緣板(34)之該表面(56)面對該電池重複單元(18)之堆疊體(14)。
  8. 如請求項1至4中任一項之電化學電池總成(10)，其中該密封插入件(40)包含複數套筒(46)及複數墊圈(44)，該等套筒(46)及該等墊圈(44)係沿著該堆疊方向(20)交錯地堆疊以形成一多層結構(62)。
  9. 如請求項8之電化學電池總成(10)，其中該密封插入件(40)係設計成使得一墊圈(44)形成該多層結構(62)之該頂層(64)及/或該底層(66)。
  10. 如請求項1至9中任一項之電化學電池總成(10)，其中該密封插入件(40)延伸穿過該絕緣板(34)中之該貫穿孔(36)且任選地抵靠該端板(32)。
  11. 如請求項1至10中任一項之電化學電池總成(10)，其中該密封插入件(40)藉由一墊圈(44)抵靠該端板(32)。
  12. 如請求項1至11中任一項之電化學電池總成(10)，其中該貫穿孔(36)及對應密封插入件(40)係設計成使得在該電化學電池總成(10)之該組合狀態下，該密封插入件(40)被強迫配合地保持在該貫穿孔(36)中。
  13. 如請求項1至11中任一項之電化學電池總成(10)，其中該貫穿孔(36)及對應密封插入件(40)係設計成使得在該電化學電池總成(10)之該組合狀態下，一環形間隙(70)存在於該絕緣板(34)與該密封插入件(40)之間。
  14. 如請求項1至13中任一項之電化學電池總成(10)，其中一次要絕緣板(68)位於該絕緣板(34)與該端板(32)之間。
  15. 如請求項14之電化學電池總成(10)，其中該次要絕緣板(68)沿著該堆疊方向(20)具有比該絕緣板(34)沿著該堆疊方向(20)之厚度小的一厚度。
  16. 如請求項14或15之電化學電池總成(10)，其中該次要絕緣板(68)之厚度與該絕緣板(34)之厚度間的一比率係小於0.5，較佳係小於0.4，更佳係小於0.3，又更佳係小於0.2，再更佳係小於0.1。
  17. 如請求項14至16中任一項之電化學電池總成(10)，其中該次要絕緣板(68)包含在局部地對應於該絕緣板之該至少一貫穿孔位置之一位置處的至少一貫穿孔(72)，該次要絕緣板之該至少一貫穿孔的直徑宜比該絕緣板之該至少一貫穿孔的直徑小。
  18. 如請求項1至17中任一項之電化學電池總成(10)，其中該絕緣板(34)及/或該次要絕緣板(68)係由雲母形成。
  19. 如請求項1至18中任一項之電化學電池總成(10)，其中該至少一套筒(46)及/或該至少一墊圈(44、48)係由一電絕緣材料形成。
  20. 如請求項1至19中任一項之電化學電池總成(10)，其中該至少一套筒(46)係由一陶瓷材料形成。
  21. 如請求項1至18中任一項之電化學電池總成(10)，其中該至少一套筒(46)係由雲母形成。
  22. 如請求項1至18中任一項之電化學電池總成(10)，其中該至少一墊圈(44、48)係由Thermiculite形成。
  23. 如請求項1至22中任一項之電化學電池總成(10)，其中至少一貫穿孔(38)設置在該端板(32)中，該端板(32)中之該至少一貫穿孔(38)係配置成與該絕緣板(34)中之該至少一貫穿孔(36)流體連通且較佳地與其同軸。
  24. 如請求項1至23中任一項之電化學電池總成(10)，其中該端板(38)設置有形成一空氣或氧化劑孔之至少另一貫穿孔，其中該絕緣板(34)及任選之該次要絕緣板(68)係設計及配置成使得該絕緣板(34)及任選之該次要絕緣板(68)至少部份地環繞該至少另一貫穿孔。
  25. 一種端板總成(12、16)，供如請求項1至24中任一項之電化學電池總成(10)使用，該端板總成(12、16)包含： 一端板(32)；及 一絕緣板(34)， 該絕緣板(34)及該端板(32)係沿著一堆疊方向(20)互相堆疊， 其中至少一貫穿孔(36)設置在該絕緣板(34)中，且其中一密封插入件(40)被收納在該絕緣板(34)之該至少一貫穿孔(36)中，該密封插入件(40)沿著該堆疊方向(20)界定一流體通路(42)。
  26. 如請求項25之端板總成，其中在該端板總成(12、16)尚未結合在該電化學電池總成(10)中之一狀態下，該密封插入件(40)具有朝該貫穿孔(36)之方向超過該絕緣板(34)之厚度的一縱向長度。
  27. 一種製造電化學電池總成(10)之方法，該方法包含以下步驟： 提供一第一端板總成(12)、複數電池重複單元(18)及一第二端板總成(16)，其中該第一端板總成與該第二端板總成(12、16)中之至少一者係依據請求項25或26構成； 將該等電池重複單元(18)按照一堆疊順序沿著一堆疊方向(20)定位在該第一端板總成(12)與該第二端板總成(16)之間； 藉由沿著該堆疊方向(20)相向拉緊該第一端板總成(12)及該第二端板總成(16)來沿著該堆疊方向(20)壓縮該等電池重複單元(18)。
TW112112918A 2022-04-04 2023-04-06 具插入件之電化學電池總成 TW202343865A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2022/058887 WO2023193879A1 (en) 2022-04-04 2022-04-04 Electrochemical cell assembly with insert
WOPCT/EP2022/058887 2022-04-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202343865A true TW202343865A (zh) 2023-11-01

Family

ID=81579735

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW112112918A TW202343865A (zh) 2022-04-04 2023-04-06 具插入件之電化學電池總成

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TW202343865A (zh)
WO (1) WO2023193879A1 (zh)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190069532A (ko) * 2016-11-22 2019-06-19 니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤 전기 화학 반응 단위, 전기 화학 반응 셀 스택, 및 전기 화학 반응 단위의 제조 방법
GB2563848B (en) * 2017-06-26 2022-01-12 Ceres Ip Co Ltd Fuel cell stack assembly
KR20230057424A (ko) * 2020-08-26 2023-04-28 케레스 인텔렉츄얼 프로퍼티 컴퍼니 리미티드 전기화학 전지 스택

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023193879A1 (en) 2023-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6175410B2 (ja) 燃料電池及びその製造方法
US6946212B2 (en) Electrochemical fuel cell stack with improved reactant manifolding and sealing
US8221935B2 (en) Fuel cell stack
EP2732499B1 (en) Sofc stack with temperature adapted compression force means
EP2647076B1 (en) Fuel cell stack
EP0961333A1 (en) Solid electrolyte fuel cell
WO2014208869A1 (ko) 고체산화물 연료전지 스택
US20070111068A1 (en) Compliant feed tubes for planar solid oxide fuel cell systems
KR20230057424A (ko) 전기화학 전지 스택
JP2015149271A (ja) 燃料電池及びその製造方法
US9640804B2 (en) Fuel cell, and fuel cell stack
US8034503B2 (en) Fuel cell stack
US20050084725A1 (en) Multi-cell fuel cell layer and system
JP2012038482A (ja) 燃料電池装置
GB2574109A (en) Fuel cell battery
WO2018154656A1 (ja) 平板型電気化学セルスタック
WO2017061404A1 (ja) 燃料電池スタック
TW202343865A (zh) 具插入件之電化學電池總成
TW202408059A (zh) 具有凹部板之電化學電池總成
TW202408060A (zh) 具有密封板總成之電化學電池總成
JP7082954B2 (ja) 電気化学反応セルスタック
JP2008159291A (ja) 燃料電池スタック
US20170331139A1 (en) Fuel cell system
WO2009119107A1 (ja) 平板型の固体酸化物形燃料電池
JP5200318B2 (ja) 燃料電池スタック