TWI472090B - Fuel cell solid electrolyte structure - Google Patents

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Description

燃料電池固態電解質結構
本發明係一種燃料電池固態電解質結構，尤指一種可增加燃料電池的製作良率，並可延長其使用壽命之燃料電池固態電解質結構。
燃料電池(Fuel Cell,FC)具有較高的能源轉換效率，亦不會造成任何的污染，也因此在新能源的領域中扮演著重要的角色。燃料電池主要將還原性燃料(例如：氫氣)與氧化性氣體(例如：氧氣)產生之標準電位差，透過功能性電極與電解質材料所構成之迴路，進行自發性氧化還原反應，藉電化學的原理，有效地將化學能轉換為電能，總反應之生成物可為水或二氧化碳(CO2)，並無任何造成污染的廢料產生，符合環保之要求。
燃料電池依電解質之不同離子傳導的功能，大致上被分為五大類。其中固態氧化物燃料(Solid Oxide Fuel Cell，簡稱SOFC)電池，亦稱為陶瓷燃料電池，因其高反應速率、不需白金催化劑，可使用燃料種類多，經反應所產生的高溫蒸汽，可進行汽-電共生，效率達80%以上，是最具潛力的燃料電池。
在燃料電池的使用過程中，含一氧化碳(CO)與氫氣(H2)的燃料經氣體流道往陽極電極表面擴散，流道盡頭若為直角，轉折處容易有應力集中現象，一旦破損，燃料混合氧氣後容易產生爆炸，考慮存在此危險，氣體壓力差不能過高，同樣的，陰極所在的流道亦然，脆弱點亦可能因過大的氧源壓力，進而崩解或破裂。
而在製作過程中，電池兩電極之間夾著電解質，這種三明治結構的製 作過程，若在流道盡頭的轉角，一般為直角，容易因各層材料間的性質差異，在乾燥、燒結和熱漲冷縮過程中，產生分層、裂痕和內應力，因而，在此曲線反轉區是最容易產生製程缺陷。
是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本發明之發明人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。
故，本發明之發明人有鑑於上述缺失，乃搜集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種可增加燃料電池的製作良率，並可延長其使用壽命之燃料電池固態電解質結構發明專利者。
本發明之主要目的在於提供一種製作良率高、壽命長之燃料電池固態電解質結構。
為了達到上述之目的，本發明包括有陽極、陰極、電解質與至少兩氣體流道。其中該陰極係對應於該陽極設置；該電解質係設置於該陽極與該陰極之間；該氣體流道係分別設置於該陽極與該陰極旁且於該電解質之兩側，該等氣體流道之末端包括有一轉折部與一相連該轉折部且封閉該等氣體流道之末端部，且該等氣體流道末端處內部形成有一連續曲面。
由於氣體流道之末端包括有轉折部與一相連該轉折部且封閉該氣體流道之末端部，且該氣體流道末端處內部形成有一連續曲面，俾藉由上述結構，本發明燃料電池在使用過程中，當燃料經氣體流道往陽極、陰極電極表面擴散時，可以有效的分散應力，避免氣體流道因為兩邊氣體壓力差過 高，而產生過大的氧源壓力，進而崩解或破裂；以及，燃料電池製作過程，在乾燥、燒結和熱漲冷縮過程中，可以有效避免產生分層、裂痕和降低內應力。本發明確實可以增加燃料電池的製作良率，並可延長其使用壽命。
為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及構造，茲繪圖就本發明較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全了解。
請參閱第一圖與第二圖所示，係為本發明較佳實施例之立體圖與剖視圖，由圖中可清楚看出，本發明燃料電池包括有：陽極(圖中未示)；陰極(圖中未示)，係對應於該陽極設置；電解質(圖中未示)，係設置於該陽極與該陰極之間；至少兩氣體流道1，該氣體流道1可流通還原性燃料(例如：氫氣、甲烷和瓦斯其中之一或其組合)與氧化性氣體(例如：氧氣或空氣)，係分別設置於該陽極與該陰極旁，且於該電解質之兩側，該等氣體流道1之末端包括有一轉折部11與一相連該轉折部11，且封閉該等氣體流道1之末端部12，且該等氣體流道1末端處內部形成有一連續曲面13，該等氣體流道1之末端部12外表面為半球狀。
其中該連續曲面13包括二次曲面、弧形曲面、球形曲面或是拋物球面，其曲面的斜率為連續的數值，無奇點(single point)產生。
其中，燃料電池依電解質之不同離子傳導的功能，大致上被分為五大類。本發明實施例即為固態氧化物燃料(Solid Oxide Fuel Cell；簡稱SOFC) 電池，因為陰、陽極及電解層電阻率不同，而各材料電阻率隨厚度增加而上升，因此，SOFC單電池組裝具有下列三種型態：電解質支撐單電池(electrolyte supported cell)、陰極支撐單電池(cathode supported cell)及陽極支撐單電池(anode supported cell)。因陽極導電率比陰極及電解質導電率高出許多，如以陽極為支撐材，將可使電池內電阻顯著降低。但此型固態氧化物燃料電池電解質薄膜製備困難，因此進入門檻較高。
請參閱第三圖所示，係為本發明再一較佳實施例之剖視圖，由圖中可清楚看出，本發明之氣體流道1可為交叉設置，其中一氣體流道1為流通還原性燃料，另一氣體流道1為流通氧化性氣體，其餘結構相同，不再贅述。
請參閱全部附圖所示，相較於習用技術，本發明具有以下優點：由於本發明之氣體流道1末端包括有一轉折部11與一相連該轉折部11且封閉該氣體流道1之末端部12，且該氣體流道1末端處內部形成有一連續曲面13，可以有效的增加氣體流道1末端之強度，在燃料電池使用過程中，藉由此結構，當燃料經氣體流道1往陽極、陰極電極表面擴散時，可以有效的分散應力，避免氣體流道1因為氣體壓力差過高而產生過大的氧源壓力，進而崩解或破裂；而於燃料電池製作過程，在乾燥、燒結和熱漲冷縮過程中，藉由此結構，可以有效避免產生分層、裂痕和降低內應力，本發明確實可以增加燃料電池的製作良率，並可延長其使用壽命。
再者，該末端部12外表面可為半球狀，同樣的可以達到增加氣體流道1末端強度之效果。
透過上述之詳細說明，即可充分顯示本發明之目的及功效上均具有實施之進步性，極具產業之利用性價值，且為目前市面上前所未見之新發明，完全符合發明專利要件，爰依法提出申請。唯以上所述著僅為本發明之較佳實施例而已，當不能用以限定本發明所實施之範圍。即凡依本發明專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
1‧‧‧氣體流道
11‧‧‧轉折部
12‧‧‧末端部
13‧‧‧連續曲面
第一圖 係為本發明較佳實施例之立體圖。
第二圖 係為本發明較佳實施例之剖視圖。
第三圖 係為本發明再一較佳實施例之剖視圖。
11‧‧‧轉折部
12‧‧‧末端部
13‧‧‧連續曲面

Claims (10)

  1. 一種燃料電池固態電解質結構，包括有：一陽極；一陰極，係對應於該陽極設置；一電解質，係設置於該陽極與該陰極之間；至少兩氣體流道，係分別設置於該陽極與該陰極旁且於該電解質之兩側，該等氣體流道之末端為包括有一轉折部與一相連該轉折部且封閉該等氣體流道之末端部，且該等氣體流道末端處內部形成有一連續曲面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池固態電解質結構，其中該等氣體流道之末端外表面為半球狀。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池固態電解質結構，其中該燃料電池為固態氧化物燃料電池。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池固態電解質結構，其中該氣體流道可流通還原性燃料與氧化性氣體。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之燃料電池固態電解質結構，其中該還原性燃料為氫氣、甲烷和瓦斯其中之一或其組合，而該氧化性氣體為氧氣或空氣。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池固態電解質結構，其中該氣體流道可為交叉設置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池固態電解質結構，其中該氣體流道末端處內部形成之該連續曲面為一二次曲面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池固態電解質結構，其中該氣體流 道末端處內部形成之該連續曲面為一弧形曲面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池固態電解質結構，其中該氣體流道末端處內部形成之該連續曲面為一球形曲面。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池固態電解質結構，其中該氣體流道末端處內部形成之該連續曲面為一拋物球面。
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