TWI624109B - 用於燃料電池堆疊之改良式互連及端板設計 - Google Patents

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瑞米夏 甘塔納
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Abstract

各種實施例包含具有用於降低一燃料電池堆疊中之應力之特徵的互連及/或端板。在實施例中，一互連/端板可具有相對於流場凹入之一窗口密封區域，以間接地降低一介面密封所引起的應力。其他特徵可包含一端板之一較厚保護塗層及/或較大未塗佈區域，從而在一端板上為一介面密封提供一凹入部分，及/或使一互連之燃料孔區相對於該流場凹入以降低燃料電池上的應力。進一步實施例包含提供間斷密封支撐以最小化不對稱密封負載，及/或一非圓形密封組態以降低圍繞一燃料電池之燃料孔的應力。

Description

用於燃料電池堆疊之改良式互連及端板設計 相關申請案
本申請案主張優先於2012年11月6日提出申請之第61/723,066號美國臨時申請案之權益，該臨時申請案之全部內容以引用的方式併入本文中。
在一高溫燃料電池系統(諸如一固態氧化物燃料電池(SOFC)系統)中，氧化流穿過燃料電池之陰極側，而燃料流穿過燃料電池之陽極側。該氧化流通常為空氣，而該燃料流可係烴化物燃料，諸如甲烷、天然氣、戊烷、乙醇或甲醇。以介於750℃與950℃之間的一典型溫度操作之燃料電池能夠使帶負電荷氧離子自陰極流動流(flow stream)傳輸至陽極流動流，其中該離子與游離氫或烴分子中之氫組合以形成水蒸氣，及/或與一氧化碳組合以形成二氧化碳。透過貫穿於陽極與陰極之間的電路將來自帶負電荷離子之過量電子往迴路由至燃料電池之陰極側，從而使得一電流流動通過該電路。
為了最佳化SOFC之操作，應精確地調節該氧化流及該燃料流。因此，應精確地製造燃料電池系統中之流動調節結構，諸如互連(IC)及端板(EPs)。當前使用之一種類型之互連及端板係藉由一粉末冶金技術形成之一金屬互連/端板。SOFC互連及端板需要好的地形均勻性(平坦性)，以確保電解質不會經歷超過電解質之斷裂強度之應力集中。
實施例包含用於一燃料電池堆疊之一互連，該互連包含：一第一側，其包括界定一流場之隆起特徵；一第二側，其與該第一側相對；及一開口，其用於一反應劑，延伸穿過該互連，其中該互連包括以下各項中之至少一者：(a)該第一側包括用於接納圍繞該流場之一周邊延伸之一窗口密封之一升高部分，且該升高部分之至少一部分之一高度至少接近於該開口相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高度凹入，(b)該互連包括具有位於該第二側上且環繞該開口之一介面密封之一端板，且該第二側包括在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，其中該保護塗層之一厚度與該介面密封之一厚度相差不足20%，(c)該互連包括具有位於該第二側上且環繞該開口之一介面密封之一端板，且該第二側包括在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，其中該介面密封位於該第二側之一未塗佈部分上，且該未塗佈部分之一周邊包含沿著該端板之一外邊緣延伸之一大體筆直部分及面向該端板之一中間之一彎曲部分，(d)該互連包括具有位於該第二側上且環繞該開口之一介面密封之一端板，且該第二側包括在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，且其中該介面密封位於該第二側中之一凹入部分上且在該保護塗層上面，或(e)該第一側包括環繞該開口之一平坦升高表面，且該升高表面之一高度相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高度凹入。
進一步實施例包含用於一燃料電池堆疊之一互連，該互連包含：複數個凸肋及通道，其在該互連之一第一主表面上，界定用於一反應劑之一流場；及複數個隆起表面，其在該第一主表面上，位於該互連之一邊緣與該流場之間，該等隆起表面經間斷地間隔以允許該反應劑在該等隆起表面之間流動。
進一步實施例包含用於一燃料電池堆疊之一互連，該互連包 含：複數個凸肋及通道，其在該互連之一第一主表面上，界定用於一第一反應劑之一流場；一開口，其用於一第二反應劑，延伸穿過該互連；一升高表面，其在該互連之該第一主表面上環繞該開口；及一密封，其在該升高表面上且環繞該開口，其中該密封包括面向該互連之一邊緣之一大體筆直區段及面向該互連之一中間之一彎曲區段，其中該大體筆直區段由該密封之一外周邊之一大體筆直部分及該密封之一內部開口之一大體筆直部分界定。
進一步實施例包含如上文所闡述製作用於一燃料電池堆疊之互連之方法。
1‧‧‧燃料電池/固態氧化物燃料電池/下部固態氧化物燃料電池
3‧‧‧燃料電池陽極/陽極電極/燃料電極/陽極
5‧‧‧固態氧化物電解質
7‧‧‧陰極/陰極或空氣電極/陰極電極
8‧‧‧氣流通路或通道
8A‧‧‧燃料流通道/氣流通道
8C‧‧‧氣流通路或通道
9‧‧‧上部互連/互連/氣流分離器板/氣流分離器
10‧‧‧凸肋
14A‧‧‧邊緣
14B‧‧‧邊緣
14D‧‧‧抬高邊緣
15a‧‧‧升高平坦部分/表面/升高平坦表面/平坦升高表面/平坦隆起表面/隆起升高表面/升高部分
15b‧‧‧隆起升高表面/表面/升高平坦表面/平坦升高表面/平坦隆起表面/升高部分
15c‧‧‧平坦升高部分/升高平坦表面/窗口密封區域
15d‧‧‧升高表面/升高平坦表面
16a‧‧‧上升管通道開口/入口上升管通道/燃料入口/出口上升管通道/入口/出口燃料上升管通道/入口及出口上升管通道開口/燃料孔/燃料上升管入口開口/燃料上升管通道開口/上升管開口/上升管通道
16b‧‧‧燃料上升管通道開口/上升管通道開口/入口/出口上升管通道/入口/出口燃料上升管通道/入口及出口上升管通道開口/燃料孔/燃料上升管入口開口/燃料上升管通道開口/上升管開口/上升管通道/單獨出口上升管通道
17a‧‧‧入口充氣部
17b‧‧‧出口充氣部
29‧‧‧箭頭/上升管通道
44‧‧‧空氣流
117‧‧‧空氣入口/空氣流入口/入口側
119‧‧‧空氣出口/空氣流出口/出口側
301‧‧‧端板
303‧‧‧塗層/保護塗層
304‧‧‧平坦側
305‧‧‧介面密封/密封/銲後介面密封
309‧‧‧小圓形部分
401‧‧‧端板/燃料電池端板/燃料端板/燃料電池燃料端板
402‧‧‧燃料側
403‧‧‧塗佈層
404‧‧‧平坦側/相對側
405‧‧‧介面密封
406‧‧‧凹入部分
407‧‧‧流場/燃料流場
415‧‧‧窗口密封區域
501‧‧‧端板
502‧‧‧「非平坦」側/第一(例如，燃料)側
503‧‧‧保護塗層/塗層
504‧‧‧第二(例如，平坦)側
505‧‧‧介面密封
507‧‧‧流場區域
509‧‧‧經放大未塗佈部分/未塗佈區
515‧‧‧窗口密封區域
601‧‧‧大體筆直部分
603‧‧‧彎曲部分
801‧‧‧端板
803‧‧‧保護塗層
804‧‧‧平坦側/第二側/第二(例如，平坦)側
805‧‧‧介面密封
806‧‧‧凹入部分
807‧‧‧流場區域
808‧‧‧大體筆直部分
809‧‧‧彎曲部分
815‧‧‧窗口密封區域
900‧‧‧堆疊/燃料電池堆疊
901‧‧‧端板/燃料端板
906‧‧‧均勻凹入部分
907‧‧‧流場/燃料流場
908‧‧‧中間部分
910‧‧‧外拐角
917‧‧‧空氣流場/流場
1200‧‧‧燃料電池堆疊
1201‧‧‧端板/燃料端板
1206‧‧‧凹入部分/均勻凹入部分
1208‧‧‧中間部分
1209‧‧‧互連
1210‧‧‧邊緣部分
1215a‧‧‧平坦升高部分/凹入表面
1215b‧‧‧平坦升高部分/凹入表面
1403‧‧‧抬高之間斷支撐島/島/相對較寬之支撐島/間斷支撐島/支撐島/離散、隆起的密封支撐表面
1405‧‧‧島之間的間隙
1409‧‧‧互連
1417‧‧‧入口/陰極入口
1418‧‧‧流場
1419‧‧‧出口
1421‧‧‧凸肋
1423‧‧‧通道
1425‧‧‧間隙
1426‧‧‧凸肋/第一群組凸肋
1427‧‧‧凸肋/第二群組凸肋
1503‧‧‧密封材料
1505‧‧‧條形密封
1507‧‧‧大體圓形或中空圓柱體密封/大體圓形密封
1601‧‧‧密封
1602‧‧‧邊緣
1603‧‧‧大體筆直部分
1604‧‧‧大體筆直部分
1605‧‧‧彎曲區段
1607‧‧‧大體筆直區段/筆直區段
併入本文中且構成此說明書之部分之隨附圖式圖解說明本發明之實例實施例，且與上文給出之大體說明及下文給出之詳細說明一起用於闡釋本發明之特徵。
圖1圖解說明一SOFC堆疊之一側剖視圖。
圖2A係先前技術之一互連之一陰極側之一透視圖。
圖2B係先前技術之一互連之一陽極側之一透視圖。
圖3係先前技術之一燃料電池堆疊之一端板之一部分剖視圖。
圖4A係根據一實施例在端板之一面向陽極側上具有一凹入部分之一端板之一部分剖視圖。
圖4B係示意性地圖解說明一變形之圖4A之端板之一部分剖視圖。
圖5係根據一實施例具有一相對厚的保護塗層及一相對較大的未塗佈區之一端板之一部分剖視圖。
圖6係圖5之端板之一俯視圖。
圖7係具有一小的未塗佈區之先前技術之一端板之一俯視圖。
圖8係根據一實施例之一端板之一部分剖視圖，該端板具有一凹 入部分及位於該凹入部分中且在一保護塗層上面之一介面密封。
圖9A係具有一局部凹入部分之一燃料端板之面向陽極側之一俯視圖。
圖9B係一互連之面向陰極側之一俯視圖。
圖10A係沿著圖9A至圖9B中之線D-D截取之一燃料電池堆疊之一端之一分解剖視圖。
圖10B係沿著圖9A至圖9B中之線E-E截取之一燃料電池堆疊之一端之一分解剖視圖。
圖11示意性地圖解說明一燃料電池之一複合彎曲。
圖12A係根據一實施例之一燃料端板之面向陽極側之一俯視圖，該燃料端板具有延伸於端板邊緣上面之一凹入窗口密封部分。
圖12B係根據一實施例之一互連之面向陰極側之一俯視圖，該互連具有環繞該燃料孔之相對於流場特徵之高度凹入之一升高表面。
圖13A係沿著圖12A至圖12B中之線F-F截取之一燃料電池堆疊之一端之一分解剖視圖。
圖13B係沿著圖12A至圖12B中之線G-G截取之一燃料電池堆疊之一端之一分解剖視圖。
圖14圖解說明根據一實施例之一互連之陰極側，該互連具有用於提供間斷的密封支援之隆起島。
圖15A係具有一圓形密封之一互連之一陰極側之一部分透視圖。
圖15B係圖解說明該圓形密封之圖15A之互連之燃料孔區域之一放大圖。
圖16A係根據一實施例之一互連之一陰極側之一部分透視圖，該互連具有包含一大體筆直區段及一彎曲部分之一非圓形密封。
圖16B係根據一實施例圖解說明該非圓形密封之圖16A之互連之燃料孔區域之一放大圖。
將參照隨附圖式詳細闡述各種實施例。該等圖式未必按比例，且意欲圖解說明本發明之各種特徵。貫穿整個圖式，在可能的地方將使用相同元件符號來指代相同或類似部件。出於圖解說明之目的參考特定實例及實施方案，且不意欲限制本發明之範疇或申請專利範圍。
各種實施例包含：用於一燃料電池堆疊之互連及端板，併入有此等互連及端板之燃料電池堆疊及系統，及製作用於一燃料電池堆疊之互連及端板之方法。
對於固態氧化物燃料電池堆疊，當前使用之互連通常由一導電金屬材料製成，且可包括鉻合金，諸如Cr-Fe合金。互連通常使用一粉末冶金技術來製作，該粉末冶金技術包含壓製及燒結一Cr-Fe粉末(其可係Cr及Fe粉末之一混合物)以形成呈一期望大小及形狀之一Cr-Fe互連(例如，一「淨成形」或「近淨成形」製程)。一典型鉻合金互連包括以重量計超過約90%之鉻，諸如以重量計約94%至96%(例如，95%)之鉻。該互連亦可含有以重量計不足約10%之鐵，諸如以重量計約4%至6%(例如，5%)之鐵，可含有以重量計不足約2%(諸如以重量計約零至1%)之其他材料，諸如釔或氧化釔，以及殘餘或不可避免之雜質。
在操作中曝露至氧化環境(例如，空氣)之一互連之一表面(諸如互連之面向陰極側)可塗佈有一保護塗佈層，以便減小氧化鉻表面層在互連上之生長速率，及抑制可破壞燃料電池陰極之鉻蒸氣種類之蒸發。通常，可使用一噴塗或浸塗製程來形成該塗佈層，該塗佈層可包括鈣鈦礦，諸如錳酸鑭鍶(LSM)。另一選擇係，替代或除LSM外，亦可使用其他金屬氧化物塗佈，諸如尖晶石，諸如(Mn,Co)3O4尖晶石。可使用具有組成為Mn2-xCo1+xO4(0x1)或書寫為z(Mn3O4)+(1-z)(Co3O4)(其中(1/3z2/3))或書寫為(Mn,Co)3O4之任何尖晶 石。
圖1中圖解說明固態氧化物燃料電池(SOFC)堆疊之一實例。每一SOFC 1包括一陰極電極7、一固態氧化物電解質5及一陽極電極3。燃料電池堆疊通常由大量SOFC 1以平面元件、管或其他幾何形狀之形式建構而成。燃料及空氣必須被提供至電化學作用表面，該表面可係大的。一或多個燃料電池堆疊可與一燃料電池發電系統之其他組件(例如，一或多個燃燒器、燃料重組器、流體導管及歧管等)熱整合於一共同外殼或「熱箱(hotbox)」中。
在凸肋10之間含有氣流通路或通道8之氣流分離器9(當作為一平面堆疊之部分時，稱為一氣流分離器板)分離該堆疊中之個別電池。通常，亦將氣流分離器板9用作一互連，其將一個電池之陽極或燃料電極3電連接至毗鄰電池之陰極或空氣電極7。在此情形中，用作互連之氣流分離器板係由導電材料製成或含有導電材料。互連/氣流分離器9分離流動至該堆疊中之一個電池之燃料電極(亦即，陽極3)的烴化物燃料與流動至該堆疊中之一毗鄰電池之空氣電極(亦即，陰極7)的氧化劑(諸如空氣)。在該堆疊之任一端處，可存在一空氣端板或燃料端板(未展示)，用於分別向端電極提供空氣或燃料。如本文中所使用，一互連可係指位於兩個燃料電池1之間之一互連，或位於堆疊之一端處且直接毗鄰於僅一個燃料電池1之一端板。圖1展示下部SOFC 1位於兩個互連9之間，且上部互連9位於兩個SOFC 1之間。
圖2A及圖2B分別展示一先前技術互連9之俯視圖及仰視圖。在圖1中，以側剖視圖展示之互連9的部分係沿著圖2A及圖2B中之線A-A提供的。互連9在凸肋10之間含有氣流通路或通道8。在此實施例中，互連9包含用於將燃料提供至SOFC 1之陽極側的至少一個上升管通道16a，如箭頭29所圖解說明。上升管通道16a通常包括延伸穿過堆疊中之燃料電池及互連之至少一個層之一燃料入口上升管開口或孔。如圖 2B中所圖解說明，該燃料可流動通過入口上升管通道16a至每一燃料電池之陽極側。這樣，燃料可收集於一入口充氣部17a中(例如，互連之表面中之一溝槽)，接著透過形成於互連9中之氣流通道8A流動經過燃料電池陽極3至一出口充氣部17b，且然後透過一單獨出口上升管通道16b排出。應注意，凸肋10可以任何組態定位，以使得空氣及燃料可沿相同方向(共流)或沿相反方向(反流)或彼此成直角(交叉流)或其之間成任何角度來在互連9之相對側上流動。
圖2A中所圖解說明之陰極側可包含凸肋10之間的氣流通路或通道8C，其中該等凸肋將空氣流44自一入口側117越過燃料電池之陰極電極引導至一出口側119。升高平坦表面15a、15b可環繞互連9之陰極側上的各別上升管通道開口16a、16b。一密封材料(例如，一玻璃或玻璃陶瓷密封材料，未展示)可位於表面15a、15b上，以便將互連9之陰極側密封至燃料電池，以防止燃料到達燃料電池之陰極電極。該等密封可具有一圓形或中空圓柱形狀，以使得上升管通道開口16a、16b延伸穿過各別密封之中空中間部分。如圖2B中所展示，一升高平坦表面15c可圍繞互連9之陽極側的周邊延伸，其中一周邊(例如，窗口)密封(未展示)可定位於該周邊上以將互連之陽極側密封的燃料電池，以防止空氣到達燃料電池的陽極電極。升高平坦表面15d可沿著互連9之陰極側的兩個相對邊緣延伸，如圖2A中所展示，其中條形密封(未展示)可位於該等相對邊緣上，以將互連之陰極側密封至燃料電池。升高表面15d及條形密封可不延伸越過對應於空氣流入口117及出口119之陰極側的邊緣。
在圖2A及圖2B中，上升管通道開口16a、16b展示為互連9中之燃料入口及燃料出口開口。此互連經組態用於經內部裝歧管以用於燃料之一燃料電池堆疊，其中燃料透過燃料上升管通道穿行通過該堆疊，其中燃料上升管通道係藉由穿過經堆疊之互連及燃料電池之配對開口 形成。此外，圖2A及圖2B中所展示之互連9經組態用於經外部裝歧管以用於空氣之一堆疊。然而，可形成穿過該互連之額外開口，諸如在互連之左側及右側上，使該互連經組態用於經內部裝歧管以用於空氣之一堆疊。
如上文所論述，一端板可位於燃料電池堆疊之任一端上。一端板可具有面向一毗鄰燃料電池1之一第一側，該燃料電池可包含界定一燃料場或空氣流場之特徵(例如，凸肋10之間的氣流通路或通道8)。與該第一側相對之端板之一第二側可包括缺乏流場界定特徵之一大體平坦表面。針對經內部裝歧管以用於燃料且經外部裝歧管以用於空氣之一燃料電池堆疊，舉例而言，每一端部可具有如圖2A或圖2B中所展示而組態之一第一側(取決於哪一側面向毗鄰燃料電池之陰極側或陽極側)，及可與一毗鄰燃料電池堆疊、一燃料歧管、一熱箱之一內部表面等介接之一第二大體平坦側。
來自介面密封之SPFC堆疊應力之減輕
堆疊至堆疊介面密封用於堆疊調節及熱箱操作中，以確保燃料上升管中之燃料不會與環繞堆疊之周邊空氣混合。此種混合致使可用燃料之燃燒、損失，及不當的堆疊調節，導致堆疊產率損失或最終在熱箱內之低效率及低壽命。介面密封會佔用一體積，且因此端板設計需要容納該體積需要。不具有用於該介面密封之裕度之一平坦端板將在升高之燃料電池操作溫度下局部變形，此又將應力施加於毗鄰於端板之電池上，可能導致該電池產生裂縫及故障。
各種實施例旨在有助於減輕由堆疊與介面密封之交互作用所產生之產率損失之設計特徵。在一第一實施例中，可在燃料端板之一窗口密封區中提供一凹部(例如，在堆疊之端部處面向最後一電池之陽極/燃料電極之端板)以間接地最小化毗鄰電池上之應力。在一第二實施例中，燃料及/或空氣端板(例如，在堆疊之相對端部處面向最後一 燃料電池之陰極/空氣電極之端板)可具有一相對厚的保護塗佈層，其中在介面密封之區域中具有一放大的未塗佈區，以使得燃料及/或空氣端板對介面密封未對準不太敏感，且包含更多空間用於介面密封之體積。在一第三實施例中，可在端板之平坦側上在介面密封之區域中提供一凹入部分。可在端板之整個平坦側(亦即，無未塗佈區)上面提供一保護塗層，且可在凹入部分中在保護塗層上面提供介面密封。此可額外地降低用以移除一表面氧化物(例如，氧化鉻)層之一額外噴砂操作之成本，其中該噴砂操作係在一受控氧化步驟之後且在將互連/端板放置至一堆疊中之前。
圖3展示在一先前技術燃料電池堆疊之一端處之端板301、保護塗層303及介面密封305之一部分剖面。介面密封305可位於端板301之大體平坦側304上，且可具有一圓形或中空圓柱體形狀，以使得上升管通道開口16a、16b延伸穿過各別密封305之中空中間部分。與塗佈303在一「燒結」退火期間在其回填及凝固之前相比，銲後介面密封305可更厚。如共同所有之美國公開專利申請案第2013/0216927號(其以引用的方式併入本文中)中所闡述，「燒結」包含用於加熱、熔化及/或回填一玻璃或玻璃-陶瓷密封前體材料以在一燃料電池中形成密封之製程，其可在高溫下(例如，600℃至1000℃)在空氣/惰性氣體中執行。「調節」包含用於以下之製程：將一陽極電極中之一金屬氧化物(例如氧化鎳)還原為一金屬陶瓷電極(例如，鎳及一陶瓷材料，諸如一穩定氧化鋯或經摻雜氧化鈰)中之一金屬，及/或在效能特性化/測試期間加熱該堆疊，且可在高溫下(例如，750℃至900℃)在燃料流動通過該堆疊時執行。燃料電池堆疊之燒結及調節可在同一熱循環期間執行(亦即，在於燒結與調節之間不將堆疊冷卻至室溫之情況下)。申請人已發現，在燒結及調節製程期間，介面密封305可致使端板301變形(例如，沿著端板301之一邊緣，接近上升管通道開口16a/16b)，如成 角度之虛線所繪示。此變形可係為約30微米至40微米。此變形透過端板至電池密封將一應力賦予毗鄰燃料電池上，此可致使端板與堆疊之剩餘部分分離，及/或在燃料孔附近之燃料電池上形成一裂縫。此可係由燃料孔附近之介面密封所致之一區域現象。介面密封相對於未塗佈區之未對準可進一步惡化該問題。介面密封305之未對準可導致介面密封305之至少一部分位於塗佈303之頂部上，此進一步增加端板301之變形及賦予毗鄰燃料電池及密封上之應力。
在圖4A至圖4B中所展示之一第一實施例中，一燃料電池燃料端板401包含在端板401之燃料側402上在窗口密封區域415之至少一部分上面之一凹入部分406(亦即，如圖2B中所展示圍繞端板之面向陽極側之周邊延伸之升高平坦表面15c之區域)。凹入部分406可相對於燃料流場407之頂部表面凹入，其中該頂部表面可由形成燃料流通道8A之凸肋10之頂部界定，如圖2B中所展示。凹入部分406可凹入類似於變形量之一量，諸如30微米或更多，舉例而言30微米至40微米。凹入部分406可減輕由於堆疊至堆疊介面密封所致的變形對毗鄰燃料電池電解質上之應力。由於端板及互連通常以相同衝壓幾何形狀製成，因此可將同一凹部應用於位於堆疊中之兩個燃料電池之間的互連(見圖1)以及在堆疊端部處之燃料端板(如圖4A中所展示)。位於兩個燃料電池之間的互連上之一凹入部分406亦可有助於隱藏可出現於互連之窗口密封區域上(尤其是在燃料孔附近)之地形變化，從而最小化該區中之電解質上之高應力風險。
圖4A及圖4B係一燃料電池端板401之部分剖視圖，其示意性地圖解說明由端板之窗口密封區域415上之一凹入部分406導致的應力減輕。如圖4A及圖4B中所展示，流場407(例如，燃料流通道及凸肋)及窗口密封區域415位於燃料端板401之燃料側402上，其面向位於燃料端板401上方之燃料電池堆疊之剩餘部分。另一選擇係，燃料端板401 可被轉向180°且位於燃料電池堆疊之頂部處。一窗口密封(未展示)可位於窗口密封區域415上圍繞流場407之周邊，以將端板401密封至毗鄰燃料電池且阻止燃料與空氣混合。端板401之相對(例如，平坦)側404可面向一毗鄰燃料電池堆疊(例如，另一堆疊之頂部空氣端板)或一熱箱之另一組件，諸如共同所有之美國公開專利申請案第2012/0202130號之圖13A中所闡述及展示之一燃料分佈歧管，該美國公開專利申請案以引用的方式併入本文中。介面密封405可位於端板401之平坦側404上面圍繞燃料入口/出口上升管通道16a/16b之開口。介面密封405可將入口/出口燃料上升管通道16a/16b密封至一外部流體導管，該外部流體導管可係一毗鄰燃料電池堆疊之一上升管通道。塗佈層403可包括一保護塗層，該保護塗層可係金屬或金屬氧化物(例如，錳酸鑭鍶、錳鈷氧化物(MCO)尖晶石等)，其提供於端板401之平坦側404之除介面密封區域中以外的大部分上面。如上文結合圖3所論述，介面密封405可致使端板401變形(例如，沿著端板401之一邊緣，接近上升管通道開口16a/16b)，如圖4B中之成角度虛線所繪示。然而，由於凹入部分406凹入大體等於端板變形之量之一量(例如，30微米至40微米)，因此賦予毗鄰燃料電池上之應力可被最小化或消除，此可改良燃料電池堆疊之產率及耐久性。
凹入部分406可至少毗鄰於入口及出口上升管通道開口16a、16b定位，其中入口及出口上升管通道開口16a、16b可位於端板401之相對邊緣上(見圖2B)。此外，儘管圖4A至圖4B圖解說明一燃料電池端板401，但一凹入部分406亦可位於一互連之窗口密封區域上，該互連位於一燃料電池堆疊中之兩個燃料電池之間(例如，在圖2B中所展示之互連9之燃料側之平坦升高部分15c上)。
圖5至圖7中展示用於降低燃料電池堆疊應力之一第二實施例。圖5係一端板501之一部分剖視圖，該端板在端板501之一第一(例如， 燃料)側502上面具有一流場區域507及窗口密封區域515，且在端板501之一第二(例如，平坦)側504上面具有一介面密封505及保護塗層503。在此實施例中，窗口密封區域515並不相對於流場區域507凹入，但將瞭解，在其他實施例中，窗口密封區域515可包含如上文所闡述之一凹入部分。如圖5中所展示，此實施例中之保護塗層503之厚度大於習用端板(諸如圖3中所展示)中之厚度。保護塗層503之厚度可大體等於介面密封505之厚度。在實施例中，塗佈503之厚度可與介面密封505之厚度相差不足20%，諸如0至10%。
另外，端板501之第二(例如，平坦)側504可包含環繞介面密封505之一經放大未塗佈部分509。圖6係圖5之端板501之第二(例如，平坦)側504之一俯視圖，其中為清晰起見而移除介面密封505。在圖5中以側剖面展示之端板501之部分係沿著圖6中之線B-B提供。圖7係一先前技術燃料電池端板之平坦側304之一俯視圖，諸如圖3中所展示之端板301。如圖7中所展示，先前技術端板301中之保護塗層303延伸於端板301之實質上整個表面上面，但環繞介面密封305所定位之燃料孔16a、16b之小圓形部分309除外。然而，如上文所論述，介面密封305之一相對小的未對準可導致介面密封305之至少一部分位於塗佈303之頂部上，此可導致端板301之變形及燃料電池堆疊中之應力增加。
在圖5及圖6之實施例中，未塗佈區509之大小相對於圖7中所展示之先前技術設計而增加。另外，未塗佈區509之形狀可經修改以使得未塗佈區509之周邊可包含沿著端板501之外邊緣之一大體筆直部分601，及面向端板501之中間之一彎曲部分603(例如，一半橢圓形或半圓形部分)，如圖6中所展示。在實施例中，未塗佈區509可如字母「D」來成形。
較厚之保護塗層503及經放大未塗佈部分509可允許介面密封具有更多空間，為介面密封未對準提供較多容限，且可降低或消除介面 密封所致的端板變形。此等設計特徵亦可幫助降低介面密封所致的堆疊曲度(亦即，翹曲)。此可允許在熱箱型柱裝配及操作期間之降低的複雜度及更好的可靠性。
較厚之保護塗層503及/或經放大未塗佈部分509可用於一燃料電池堆疊之一燃料側端板之平坦側504(例如，其中端板之「非平坦」側502界定一燃料流場處，諸如圖2B中所展示)、一空氣側端板之平坦側504(例如，其中「非平坦」側502界定一空氣流場處，諸如圖2A中所展示)或燃料側及空氣側端板兩者之平坦側504上。
在另一實施例中，一凹入部分806可提供於端板801之第二(例如，平坦)側804上，且介面密封805可提供於端板801之第二側804上在凹入部分806上面，如圖8之部分剖視圖中所展示。可利用一較厚之保護塗層803，如上文結合圖5及圖6所闡述。然而，在圖8中所展示之實施例中，保護塗層803可延伸於端板801之整個表面上，包含凹入部分806。介面密封805可提供於保護塗層803上面在凹入部分806中。凹入部分806之大小及/或形狀可類似於圖5至圖6中所展示之經放大未塗佈部分509之大小及形狀。舉例而言，凹入部分806之周邊可包含沿著端板801之外邊緣之一大體筆直部分808，及面向端板401之中間之一彎曲部分809(例如，一半橢圓形或半圓形部分)，對應於圖6中所展示之「D」形型樣。
在端板801之平坦側804上提供一凹入部分806可消除提供端板之一未塗佈區所需要之額外處理，此可降低端板之成本。另外，與控制保護塗層之厚度及/或覆蓋區域相比，在粉末冶金壓實期間形成之一凹部或穴部之深度可係更可重複的且更易於控制的。此設計特徵亦可幫助降低由介面密封所致的堆疊曲度。此可允許在熱箱型柱裝配及操作期間之降低的複雜度及更好的可靠性。
窗口密封區域815並不相對於圖8中所展示之實施例中之流場區 域807凹入，但將瞭解，在其他實施例中，窗口密封區域815可包含如上文所闡述之一凹入部分。
額外改良以減輕燃料電池應力
由於SOFC之電解質通常係薄且脆性之陶瓷，因此其易受由於介接互連(IC)中之地形變化引起的彎曲所致的裂縫。進一步地，假設互連之大量製造可導致互連地形之某些變化，因此利用最小化對互連地形變化之敏感度之一互連設計係有利的。
如上文所論述，可藉由在一燃料端板之窗口密封區域中提供一凹入部分來降低一燃料電池堆疊中之應力，其中該凹入部分位於至少毗鄰於該等燃料入口及出口上升管通道開口處。然而，當該凹入部分僅在接近於燃料上升管通道開口之窗口密封區域的局部時(亦即，在窗口密封區域中別處不存在凹入部分)，仍可將應力賦予毗鄰之燃料電池及密封。圖9A係一燃料端板901之燃料(亦即，非平坦)側之一俯視圖，且圖9B係毗鄰互連9之空氣(亦即，面向陰極)側之一俯視圖。圖10A係一燃料電池堆疊900之一端之一分解剖視圖，包含沿著圖9A至圖9B中之線D-D截取之燃料端板901、一燃料電池1及一互連9。圖10B係沿著圖9A至圖9B中之線E-E截取之燃料電池之一部分分解透視圖。圖10A至圖10B僅圖解說明一燃料電池堆疊900之一部分(其中燃料端板在堆疊之頂部處)。一典型燃料電池堆疊900包含交替地安置於一第一(例如，燃料)端板與一第二(例如，空氣)端板之間的複數個燃料電池1及互連9，該第二端板在此實施例中原本將位於堆疊之底部處。如此實施例中所圖解說明，燃料端板901包含在窗口密封區域15c中之一凹入部分906，該凹入部分僅在接近於燃料上升管入口開口16a之局部區域(亦即，在窗口密封區域15c之中間部分908中，如圖9A及圖10A中所展示)。然而，在端板901之外拐角910處，窗口密封區域15c並不相對於燃料流場907凹入，如圖10A至圖10B中所展示。此組 態可導致將不當的應力放置於毗鄰燃料電池1上，引起該電池圍繞y軸彎曲且進入至凹入部分906中。另外，毗鄰互連9之空氣或面向陰極側包含升高平坦表面15a、15b，其環繞其上可定位有一密封之各別上升管通道開口16a、16b。此等平坦升高表面15a、15b凸出稍微高於空氣流場917之高度，如圖10A至圖10B中示意性地展示。當裝配堆疊900時，此等平坦升高表面15a、15b可突出至端板901之凹入部分906中，此可惡化燃料電池圍繞y軸之彎曲，且可額外地引起電池圍繞x軸彎曲。燃料電池1沿兩個軸之此複合彎曲(圖11中示意性地圖解說明)可顯著地增加電池中之應力，從而增加故障率且降低堆疊產率。
因此，在毗鄰於燃料上升管通道開口16a、16b之窗口密封區域15c的至少整個邊緣上面提供燃料端板之一均勻凹入部分906可係有利的。在實施例中，窗口密封區域15c可在端板901之整個周界上面相對於流場907凹入。窗口密封區域15c可相對於流場907凹入至少約30微米，諸如30微米至40微米，此大體在窗口密封區域15c之地形變化範圍內。另外，由於燃料電池之上述複合彎曲可源於燃料端板與毗鄰互連之陰極側兩者之地形特徵之間之一交互作用，因此確保環繞互連之陰極側上之上升管通道開口的平坦升高表面15a、15b不延伸於空氣流場特徵上方(亦即，不凸顯於其上方)可係有利的。因此，在實施例中，平坦升高表面15a、15b可相對於流場917凹入。由於平坦升高表面15a、15b之批次間變化通常為+/-20μm，因此，當其標稱地低於流場917之高度至少約20微米(例如，低20微米至30微米)時，通過設計引入此一凹部可能是最佳的。
圖12A中展示具有一均勻凹入部分1206之一燃料端板1201之一實施例，且在圖12B中展示具有相對於空氣流場917之凹入表面1215a、1215b之一互連1209之一實施例。圖13A係一燃料電池堆疊1200之一端之一分解剖視圖，其包含沿著圖12A至圖12B中之線F-F截取之燃料 端板1201、一燃料電池1及一互連1209。圖13B係沿著圖12A至圖12B之線G-G截取之燃料電池的一部分分解剖視圖。如在圖13A中可見，窗口密封區域15c之凹入部分1206沿著毗鄰於端板1201之上升管開口16a、16b的至少兩個完整邊緣延伸，包含端板1201之中間部分1208及邊緣部分1210。凹入部分1206可係圍繞端板1201之整個周界實質上均勻的。另外，平坦升高部分1215a、1215b可在互連1209之陰極側上相對於空氣流場917凹入(例如，1215a、1215b之頂部表面低於凸肋的頂部表面)，如圖13A至圖13B中最好地圖解說明。
可透過任何數目個方法在互連及端板製造製程中來控制此等特徵，該等方法包含壓實工具改變、粉末填充最佳化及額外壓實步驟。除端板1201外，亦可在互連1209之燃料(亦即，面向陽極)側上提供大體均勻之凹入部分1206。
具有用於反應劑之外部及內部歧管之SOFC上之對稱密封負載
經內部裝歧管以用於反應劑(例如，燃料及空氣)之一燃料電池堆疊通常包含圍繞電池之周界在電池與互連之間的密封。然而，經外部裝歧管以用於反應劑之一燃料電池需要在燃料電池與互連之間的並未密封電池及互連處之入口及出口。對於特徵為用於一種反應劑之內部歧管及用於另一反應劑之外部歧管之一燃料電池堆疊而言，在電池上存在一不對稱密封負載。舉例而言，如上文結合圖2A至圖2B所闡述，互連9之燃料(亦即，面向陽極)側可經由圍繞互連9之周界延伸之一窗口密封而密封至毗鄰燃料電池(見圖2B)，而互連9之空氣(亦即，面向陰極)側係沿著互連之兩個側使用條形密封而密封至電池，同時其他側並未密封以准許空氣進入及排出該電池(見圖2A)。此不對稱密封負載可增加電池中之應力。各種所揭示實施例可藉由在經外部裝歧管之燃料電池之入口及出口區中提供間斷的周界密封而解決不對稱密封負載之問題。
在電池兩側上具有密封給電池提供了平衡力，此係較佳的。在圖2A至圖2B中所圖解說明之先前技術互連9中，在空氣入口117及空氣出口119之區處，在燃料側上存在一密封(亦即，在平坦升高部分15c上之一窗口密封)，但在空氣側上無密封，且圍繞燃料孔之密封除外(亦即，在升高部分15a、15b上之一圓形或圈餅式密封)。申請人已發現，此不對稱可引起在不對稱密封負載區中之彎曲及圍繞燃料孔之高應力，此通常導致電池裂縫及低的堆疊製造產率。
圖14中圖解說明在陰極入口及出口上具有間斷密封支撐之一互連1409之一實施例。在陰極入口及出口處之間斷密封支撐可降低應力及彎曲，同時仍允許空氣進入及排出電池之通路。如圖14中所展示，互連1409之陰極側可包含在陰極入口1417及出口1419處之離散、隆起的密封支撐表面(亦即，「島」)1403。島1403可包括在互連1409之流場1418特徵(例如，凸肋1421及通道1423)之粉末冶金形成期間形成之一金屬合金(例如，鉻-鐵)互連之抬高部分。島1403之間的間隙1405允許空氣流動至陰極入口1417中，穿過由凸肋1421及通道1423界定之流場1418且穿過出口1419離開。如圖14中所展示，每一島1403之寬度可顯著地大於流場中之凸肋1421之寬度(例如，大於凸肋1421之寬度至少約2倍，諸如大於2倍至5倍)。相對較寬之支撐島1403可提供足夠的表面區域以促進有效密封至毗鄰燃料電池。在實施例中，每一島1403之間的間隙1405亦可寬於流場1418之通道1423之寬度(例如，寬於通道1423之寬度至少約兩倍，諸如2倍至5倍)，以達成空氣進入至流場1418及離開流場1418之自由流動。島1403可與凸肋1421分離(例如，一間隙1425位於一凸肋1421之端部與一毗鄰島1403之間)，及/或可與一或多個凸肋1421相連(例如，凸肋1421之端部接觸毗鄰島1403，以使得界定凸肋1421之抬高部分接近互連1409之入口1417或出口1419邊緣在寬度上「展開」以界定島1403)。如圖14中所展示，舉例而言， 一第一群組凸肋1426與島1403分離，界定凸肋1426之端部與毗鄰島1403之間的一間隙1425，且一第二群組之凸肋1427與島1403相連。在圖14中，每第三個凸肋1427與一島1403相連。在各種實施例中，每第二個凸肋至每第五個凸肋可沿著互連1409之一邊緣14A、14B之至少一部分與一島1403相連。
具有間斷支撐島1403之一互連可促進毗鄰燃料電池上之對稱負載，從而降低燃料電池處之應力且改良堆疊製造產率。在實施例中，可在互連1409之陰極側上面提供一保護層(例如，MCO、LSM)。在實施例中，該保護層可不延伸至含有島1403之互連1409之邊緣14A、14B(例如，島1403並不塗佈有一保護層)。密封材料(例如，一玻璃或玻璃陶瓷密封材料)可選擇性地沈積於島1403之隆起表面上，諸如經由一絲網印刷技術。圖15A係一互連1409之一空氣(亦即，面向陰極)側之一部分透視圖，其中該互連具有沿著接近燃料上升管通道開口16a之互連1409之邊緣14A之支撐島1403。一密封材料1503(例如，一玻璃或玻璃陶瓷密封)展示於島1403之隆起表面上。一條形密封1505展示為沿著互連1409之一抬高邊緣14D延伸，且一大體圓形或中空圓柱體密封1507展示為在環繞燃料上升管通道開口16a之隆起升高表面15a上。一大體圓形密封亦可提供於環繞燃料上升管通道開口16b之隆起升高表面15b上(未展示)。
改良之密封組態
由於互連及燃料電池堆疊組態之本質，在互連之陰極側上圍繞燃料入口及出口上升管通道開口分配之大體圓形密封可導致在堆疊燒結及調節期間的過量局部應力。各種實施例包含可降低圍繞電解質之上升管通道開口之高應力之一密封組態。另外，藉由組合該新穎密封組態與如上文所闡述之一間斷的周界密封，可甚至進一步降低燃料上升管開口應力，因此減輕/消除電解質中之裂縫。
圖15A至圖15B圖解說明一互連1409之陰極側上之一密封組態之一項實例。如上文所論述，一大體圓形或中空圓柱體密封1507(例如，塑形有圓形外徑及圓形內開口之圈餅)位於環繞燃料上升管通道開口16a之隆起升高表面15a上。圖15B係環繞上升管通道開口16a之區域之一放大俯視圖，其展示在隆起升高表面15a上之大體圓形密封1507。
申請人已發現，圖15A至圖15B之圓形密封組態可導致燃料電池堆疊中之過量局部應力。此可係燃料電池之陽極側上之大體筆直窗口密封與燃料電池之陰極側上之圓形密封之間的一不對稱密封負載之結果。圖16A至圖16B圖解說明其中密封具有一非圓形或非圓柱體形狀之一密封組態之一實施例。此實施例中之互連1409與圖15A至圖15B中所展示之互連相一致，但圍繞燃料上升管通道開口16a之密封1601具有一不同組態，如圖16B之放大俯視圖中最好地圖解說明。在此實施例中，環繞上升管通道開口16a之密封保護一大體筆直區段1607及一彎曲區段1605，而非圖15A至圖15B之大體圓形密封1507。大體筆直區段1607在面向互連之毗鄰上升管通道開口16a之邊緣1602之上升管通道開口16a之側上(亦即，其位於上升管通道開口16a與邊緣1602之間)，且彎曲區段1605在面向互連之中間之上升管通道開口16a之側上(亦即，遠離互連1409之邊緣1602)，如圖16B中所展示。大體筆直區段1607可由密封1601之外周邊之一大體筆直部分1603及該密封之內部開口之一大體筆直部分1604界定。在某些實施例中，密封1601可具有大體對應於字母「D」之一形狀，如圖16B中所展示。筆直區段1607可大體平行於互連1409之邊緣1602延伸。在實施例中，筆直區段1607可與燃料電池之陽極側上之窗口密封之位置重疊或重合(例如，見圖2B)。在實施例中，密封1601之形狀可大體遵照環繞上升管通道開口16a之互連1409之升高平坦部分15a之形狀，如圖16B中所展示， 此亦可包含沿著互連1409之邊緣1602延伸之一大體筆直邊緣及面向互連1409之中間之一彎曲邊緣。抬高之間斷支撐島1403亦可包含一類似形狀，具有沿著互連1409之邊緣延伸之一大體筆直邊緣及面向互連1409之中間之一彎曲邊緣。
申請人已發現，與圖15A至圖15B中所展示之習用圓形密封設計相比，如圖16A至圖16B中所展示之密封組態可對電解質、尤其是圍繞燃料開口提供顯著較低之應力。在堆疊燒結期間(例如，如上文所闡述，密封之熔化及回填亦稱為「密封壓擠」)電解質燃料開口應力之有限元素分析(FEA)模擬已展示，藉助諸如圖16A至圖16B中所展示之一實施例密封組態(亦即，一「D形密封」)，將密封壓擠擴展於較大區域上，藉此相對於具有一大體圓形密封之一可比實例降低區域曲率及圍繞燃料孔之高應力。在一項模擬中，相對於具有一大體圓形密封之一可比實例，該實施例(亦即，「D形密封」)組態之最大應力降低超過30%。相對於不具有支撐島且具有一大體圓形密封之可比實例，藉由除一「D形」密封外亦添加支撐島，諸如圖14中所展示，最大應力降低超過34%。密封壓擠及後調節應力分析兩者之FEA模擬展示使用實施例密封組態圍繞電解質燃料孔之顯著應力降低。
儘管上文已在各種實施例中闡述固態氧化物燃料電池互連、端板及電解質，但實施例可包含任何其他燃料電池互連或端板，諸如熔融碳酸鹽、磷酸或PEM燃料電池互連或端板，或不與燃料電池系統相關聯之任何其他形狀之金屬或金屬合金或經壓實金屬粉末或陶瓷物件。
前述方法說明僅提供為說明性實例且並非意欲需要或暗示各種實施例之步驟必須以所呈現次序執行。如熟習此項技術者將瞭解，可以任一次序執行前述實施例中之步驟之次序。諸如「此後」、「然後」、「接下來」等字詞並非意欲限制步驟之次序；此等字詞可用於指 導讀者理解該等方法之說明。進一步地，以單數形式對申請專利範圍要素之任何提及(舉例而言，使用冠詞「一(a)」、「一(an)」或「該(the)」)不應理解為將要素限制為單數。
進一步地，本文中所闡述之任何實施例之任何步驟或組件可用於任何其他實施例中。
前文對所揭示態樣之說明經提供以使任一熟習此項技術者能夠製作或使用本發明。熟習此項技術者將易於明瞭對此等態樣之各種修改，且本文中所界定之通用原理可應用於其他態樣，此並不背離本發明之範疇。因此，並非意欲將本發明限於本文中所展示之該等態樣，而欲賦予其與本文中所揭示之原理及新穎特徵相一致之最寬廣範疇。

Claims (72)

  1. 一種用於一燃料電池堆疊之互連，其包括：一第一側，其包括界定一流場之隆起特徵；一第二側，其與該第一側相對；及一開口，其用於一反應劑，且延伸穿過該互連，其中該互連包括以下各項中之至少一者：(a)該第一側包括用於接納圍繞該流場之一周邊延伸之一窗口密封之一升高部分，且該升高部分之至少一部分之一高度至少接近於該開口相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高度凹入；(b)該互連包括具有位於該第二側上且環繞該開口之一介面密封之一端板，且該第二側包括在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，其中該保護塗層之一厚度與該介面密封之一厚度相差不足20%；(c)該互連包括具有位於該第二側上且環繞該開口之一介面密封之一端板，且該第二側包括在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，其中該介面密封位於該第二側之一未塗佈部分上，且該未塗佈部分之一周邊包含沿著該端板之一外邊緣延伸之一大體筆直部分及面向該端板之一中間之一彎曲部分；(d)該互連包括具有位於該第二側上且環繞該開口之一介面密封之一端板，且該第二側包括在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，且其中該介面密封位於該第二側中之一凹入部分上且在該保護塗層上面；或(e)該第一側包括環繞該開口之一平坦升高表面，且該升高表面之一高度相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高度凹入。
  2. 如請求項1之互連，其中該第一側包括用於接納圍繞該流場之一周邊延伸之一窗口密封之一升高部分，且該升高部分之至少一部分之一高度至少接近於該開口相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高度凹入。
  3. 如請求項2之互連，其中該互連係一端板。
  4. 如請求項2之互連，其中該互連界定該第一側上之一燃料流場及該第二側上之一空氣流場。
  5. 如請求項2之互連，其中該凹入部分相對於界定該流場之該等隆起特徵之該高度凹入30微米至40微米。
  6. 如請求項2之互連，其中該凹入部分至少延伸接近於該開口之該端板之一邊緣的長度。
  7. 如請求項6之互連，其中該凹入部分圍繞該流場之該整個周邊延伸。
  8. 如請求項1之互連，其中該互連包括具有位於該第二側上且環繞該開口之該介面密封之該端板，且該第二側包括在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，及以下各項中之至少一者：該保護塗層之一厚度與該介面密封之一厚度相差不足20%；該介面密封位於該第二側之一未塗佈部分上，且該未塗佈部分之該周邊包含沿著該端板之一外邊緣延伸之一大體筆直部分及面向該端板之該中間之一彎曲部分；或該介面密封位於該第二側之一凹入部分上且在該保護塗層上面。
  9. 如請求項8之互連，其中該保護塗層包括錳酸鑭鍶(LSM)及錳鈷氧化物(MCO)中之至少一者。
  10. 如請求項1之互連，該第一側包括環繞該開口之該平坦升高表面，且該升高表面之該高度相對於界定該流場之該等隆起特徵 之該高度凹入。
  11. 如請求項10之互連，其中該互連係一端板。
  12. 如請求項10之互連，其中該互連界定該第一側上之一空氣流場及該第二側上之一燃料流場。
  13. 如請求項10之互連，其中該升高表面相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高度凹入20微米至30微米。
  14. 如請求項1之互連，其中該開口包括一入口開口，且該互連進一步包括延伸穿過該互連之一出口開口，其中該互連包括以下各項中之至少一者：(a)該第一側包括用於接納圍繞該流場之一周邊延伸之一窗口密封之一升高部分，且該升高部分之至少一部分之一高度至少接近於該入口開口及該出口開口相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高度凹入；(b)該互連包括一端板，該端板具有位於該第二側上且環繞該入口開口之一第一介面密封及位於該第二側上且環繞該出口開口之一第二介面密封，且該第二側包括在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，其中該保護塗層之一厚度與該第一介面密封及該第二介面密封之一厚度相差不足20%；(c)該互連包括一端板，該端板具有位於該第二側上且環繞該入口開口之一第一介面密封及位於該第二側上且環繞該出口開口之一第二介面密封，且該第二側包括在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，其中該第一介面密封及該第二介面密封位於該第二側之未塗佈部分上，且該等未塗佈部分中之每一者之一周邊包含沿著該端板之一外邊緣延伸之一大體筆直部分及面向該端板之一中間之一彎曲部分；(d)該互連包括一端板，該端板具有位於該第二側上且環繞該 入口開口之一第一介面密封及位於該第二側上且環繞該出口開口之一第二介面密封，且該第二側包括在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，且其中該第一介面密封及該第二介面密封各自位於該第二側之一凹入部分中且在該保護塗層上面；或(e)該第一側包括環繞該入口開口及該出口開口之平坦升高表面，且該等升高表面之一高度相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高度凹入。
  15. 如請求項1之互連，其中該互連進一步包括：複數個隆起表面，其在該第一側上，位於該互連之一邊緣與該流場之間，該等隆起表面經間斷地間隔以允許該反應劑在該等隆起表面之間流動。
  16. 如請求項1之互連，其中該互連進一步包括：一升高表面，其在該第一側上，環繞該開口；及一密封，其在該升高表面上且環繞該開口，其中該密封包括面向接近該開口之該互連之一邊緣之一大體筆直區段及面向該互連之一中間之一彎曲區段。
  17. 一種製作用於一燃料電池堆疊之一互連之方法，其包括：在該互連之一第一側上形成隆起特徵以界定一流場；及在該第一側與和該第一側相對之一第二側之間形成穿過該互連之一開口，其中該方法進一步包括以下各項中之至少一者：(a)在該第一側上形成用於接納圍繞該流場之一周邊之一窗口密封之一升高部分，使得至少接近於該開口之該升高部分之一高度相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高度凹入；(b)提供在該第二側上環繞該開口之一介面密封及在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，其中該保護塗層之一厚度與該介面密封之一厚度相差不足20%； (c)提供在該第二側上環繞該開口之一介面密封及在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，其中該介面密封係提供於該第二側之一未塗佈部分上，且該未塗佈部分之一周邊包含沿著該互連之一外邊緣延伸之一大體筆直部分及面向該互連之一中間之一彎曲部分；(d)提供在該第二側上環繞該開口之一介面密封及在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，其中該介面密封係提供於該第二側之一凹入部分上且在該保護塗層上面；或(e)在該第一側上形成環繞該開口之一平坦升高表面，使得該升高表面之一高度相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高度凹入。
  18. 如請求項17之方法，其包括在該第一側上形成用於繞該流場之一周邊接納一窗口密封之一升高部分，使得至少接近於該開口之該升高部分之一高度相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高度凹入。
  19. 如請求項18之方法，其中該互連係一端板。
  20. 如請求項18之方法，其中該第一側上之該等隆起特徵界定一燃料流場，且該方法進一步包括在該互連之該第二側上形成隆起特徵以界定一空氣流場。
  21. 如請求項18之方法，其中該第一側上之該升高部分經形成使得該凹入部分相對於界定該流場之該等隆起特徵之該高度凹入30微米至40微米。
  22. 如請求項18之方法，其中該第一側上之該升高部分經形成使得該凹入部分至少延伸接近於該開口之該端板之一邊緣的長度。
  23. 如請求項22之方法，其中該第一側上之該升高部分經形成使得該凹入部分圍繞該流場之該整個周邊延伸。
  24. 如請求項17之方法，其包括提供在該第二側上環繞該開口之一介面密封及在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，其中以下各項中之至少一者：該保護塗層之一厚度與該介面密封之一厚度相差不足20%；該介面密封係提供於該第二側之一未塗佈部分上，且該未塗佈部分之一周邊包含沿著該互連之一外邊緣延伸之一大體筆直部分及面向該互連之該中間之一彎曲部分；或該介面密封係提供於該第二側中之一凹入部分上且在該保護塗層上面。
  25. 如請求項24之方法，其中該保護塗層包括錳酸鑭鍶(LSM)及錳鈷氧化物(MCO)中之至少一者。
  26. 如請求項17之方法，其包括在該第一側上形成環繞該開口之一平坦升高表面，使得該升高表面之一高度相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高度凹入。
  27. 如請求項26之方法，其中該互連係一端板。
  28. 如請求項26之方法，其中該互連界定該第一側上之一空氣流場及該第二側上之一燃料流場。
  29. 如請求項26之方法，其中該平坦升高表面經形成使得該平坦升高表面相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高度凹入20微米至30微米。
  30. 如請求項17之方法，其中形成該開口包括形成一入口開口，該方法進一步包括形成延伸穿過該互連之一出口開口，及以下各項中之至少一者：(a)在該第一側上形成用於接納圍繞該流場之一周邊之一窗口密封之一升高部分，使得該升高部分之一高度至少接近於該入口開口及該出口開口相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高 度凹入；(b)提供在該第二側上環繞該入口開口之一第一介面密封、在該第二側上環繞該出口開口之一第二介面密封，及在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，其中該保護塗層之一厚度與該第一介面密封及該第二介面密封之一厚度相差不足20%；(c)提供在該第二側上環繞該入口開口之一第一介面密封、在該第二側上環繞該出口開口之一第二介面密封，及在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，其中該第一介面密封及該第二介面密封係提供於該第二側之未塗佈部分上，且該等未塗佈部分中之每一者之一周邊包含沿著該端板之一外邊緣延伸之一大體筆直部分及面向該互連之該中間之一彎曲部分；(d)提供在該第二側上環繞該入口開口之一第一介面密封、在該第二側上環繞該出口開口之一第二介面密封，及在該第二側之至少一部分上面之一保護塗層，其中該第一介面密封及該第二介面密封係各自提供於該第二側中之一凹入部分上，且在該保護塗層上面；或(e)在該第一側上形成環繞該入口開口及該出口開口之平坦升高表面，使得該等升高表面之一高度相對於界定該流場之該等隆起特徵之一高度凹入。
  31. 如請求項17之方法，其中使用粉末冶金來製作該互連。
  32. 如請求項17之方法，進一步包括：將該互連併入至一固態氧化物燃料電池堆疊中。
  33. 一種用於一燃料電池堆疊之互連，其包括：複數個凸肋及通道，其在該互連之一第一主表面上，界定用於一反應劑之一流場；及複數個隆起表面，其在該第一主表面上，位於該互連之一邊 緣與該流場之間，該等隆起表面經間斷地間隔以允許該反應劑在該等隆起表面之間流動。
  34. 如請求項33之互連，進一步包括：一密封材料，其位於該等隆起表面上以將該互連密封至一燃料電池。
  35. 如請求項33之互連，其中該第一主表面上之第一複數個隆起表面位於該互連之一第一邊緣與該流場之間，且該第一主表面上之第二複數個隆起表面位於該互連之一第二邊緣與該流場之間，其中該第一邊緣界定用於該反應劑之一入口，且該第二邊緣界定用於該反應劑之一出口。
  36. 如請求項35之互連，進一步包括在該第一主表面上之連續隆起表面，該等連續隆起表面位於該流場與該互連之一各別第三邊緣及第四邊緣之間，用於將該互連密封至一燃料電池。
  37. 如請求項35之互連，其中該反應劑係一第一反應劑，且該燃料電池堆疊經外部裝歧管以用於該第一反應劑，且經外部裝歧管以用於一第二反應劑。
  38. 如請求項37之互連，其中該第一反應劑包括空氣，且該第二反應劑包括燃料。
  39. 如請求項37之互連，進一步包括用於延伸穿過該互連之用於該第二反應劑之一入口開口及一出口開口。
  40. 如請求項39之互連，進一步包括在該互連之該第一主表面上之升高表面上環繞該入口開口及該出口開口的密封，用於將該入口開口及該出口開口密封至一燃料電池，且防止該第一反應劑與該第二反應劑混合。
  41. 如請求項33之互連，進一步包括在該互連之該第一主表面上面之一保護塗層，其中該保護塗層並不在該複數個隆起表面上面 延伸。
  42. 如請求項33之互連，其中該等隆起表面中之每一者具有為該等凸肋之一寬度尺寸之至少兩倍大之一寬度尺寸。
  43. 如請求項33之互連，其中該等隆起表面界定該等隆起表面之間的間隙，且該等間隙之一寬度尺寸為該等通道之一寬度尺寸的至少兩倍大。
  44. 如請求項33之互連，其中該等隆起表面中之每一者包含一周界，該周界具有沿著該互連之該邊緣延伸之一筆直區段及面向該互連之一中間之一彎曲部分。
  45. 如請求項33之互連，其中第一複數個該等凸肋並不延伸至該複數個該等隆起表面中之任一者，且第二複數個凸肋與該複數個隆起表面中之一各別者相連，且沿著該互連之至少一部分在每第二個與每第五個凸肋之間與該複數個隆起表面中之一各別者相連。
  46. 一種製作用於一燃料電池堆疊之一互連之方法，其包括：在該互連之一第一主表面上形成複數個凸肋及通道以界定用於一反應劑之一流場；及在該第一主表面上在該互連之一邊緣與該流場之間形成複數個隆起表面，使得該等隆起表面經間斷地間隔以允許該反應劑在該等隆起表面之間流動。
  47. 如請求項46之方法，進一步包括：在該等隆起表面上提供一密封材料，以將該互連密封至一燃料電池。
  48. 如請求項46之方法，其中形成該複數個隆起表面包括形成在該第一主表面上於該互連之一第一邊緣與該流場之間的第一複數個隆起表面，及在該第一主表面上於該互連之一第二邊緣與該 流場之間的第二複數個隆起表面，其中該第一邊緣界定用於該反應劑之一入口，且該第二邊緣界定用於該反應劑之一出口。
  49. 如請求項48之方法，進一步包括在該第一主表面上於該流場與該互連之一各別第三邊緣及第四邊緣之間形成連續隆起表面，用於將該互連密封至一燃料電池。
  50. 如請求項49之方法，其中該反應劑係一第一反應劑，且該燃料電池堆疊經外部裝歧管以用於該第一反應劑，且經外部裝歧管以用於一第二反應劑。
  51. 如請求項50之方法，其中該第一反應劑包括空氣，且該第二反應劑包括燃料。
  52. 如請求項50之方法，進一步包括穿過該互連形成用於該第二反應劑之一入口開口及一出口開口。
  53. 如請求項52之方法，進一步包括形成在該第一主表面上環繞該入口開口及該出口開口之升高表面，及用於將該入口開口及該出口開口密封至一燃料電池且防止該第一反應劑與該第二反應劑混合之密封。
  54. 如請求項46之方法，進一步包括提供在該互連之該第一主表面上面之一保護塗層，其中該保護塗層並不在該複數個隆起表面上面延伸。
  55. 如請求項46之方法，其中該等隆起表面中之每一者具有為該等凸肋之一寬度尺寸之至少兩倍大之一寬度尺寸。
  56. 如請求項46之方法，其中該等隆起表面界定該等隆起表面之間的間隙，且該等間隙之一寬度尺寸為該等通道之一寬度尺寸的至少兩倍大。
  57. 如請求項46之方法，其中該等隆起表面中之每一者包含一周界，該周界具有沿著該互連之該邊緣延伸之一筆直區段及面向 該互連之一中間之一彎曲部分。
  58. 如請求項46之方法，其中使用粉末冶金來形成該互連。
  59. 如請求項46之方法，進一步包括將該互連併入至一固態氧化物燃料電池堆疊中。
  60. 如請求項46之方法，其中第一複數個該等凸肋並不延伸至該複數個該等隆起表面中之任一者，且第二複數個凸肋與該複數個隆起表面中之一各別者相連，且沿著該互連之至少一部分在每第二個與每第五個凸肋之間與該複數個隆起表面中之一各別者相連。
  61. 一種用於一燃料電池堆疊之互連，其包括：複數個凸肋及通道，其在該互連之一第一主表面上，界定用於一第一反應劑之一流場；一開口，其延伸穿過該互連，用於一第二反應劑；一升高表面，其在該互連之該第一主表面上，環繞該開口；及一密封，其在該升高表面上且環繞該開口，其中該密封包括面向該互連之一邊緣之一大體筆直區段及面向該互連之一中間之一彎曲區段，其中該大體筆直區段係由該密封之一外周邊之一大體筆直部分及該密封之一內部開口之一大體筆直部分界定。
  62. 如請求項61之互連，其中該開口包括用於該第二反應劑之一入口開口，該互連進一步包括：一出口開口，其用於該第二反應劑，延伸穿過該互連；一額外升高表面，其環繞該出口開口；及一額外密封，其在該額外升高表面上且環繞該出口開口，其中該額外密封包括面向該互連之一邊緣之一大體筆直區段及面 向該互連之該中間之一彎曲區段，其中該大體筆直區段係由該額外密封之一外周邊之一大體筆直部分及該額外密封之一內部開口之一大體筆直部分界定。
  63. 如請求項61之互連，其中該大體筆直區段平行於且毗鄰於該互連之該邊緣延伸。
  64. 如請求項61之互連，其中該大體筆直區段與該互連之一第二主表面上之一窗口密封之位置重疊或重合。
  65. 如請求項61之互連，其中該密封包括一玻璃及玻璃陶瓷材料中之至少一者。
  66. 如請求項61之互連，進一步包括：複數個隆起表面，其在該第一主表面上，位於該互連之該邊緣與該流場之間，且經間斷地間隔以提供該等隆起表面之間的間隙；及一密封材料，其在該等隆起表面上。
  67. 一種製作用於一燃料電池堆疊之一互連之方法，其包括：在該互連之一第一主表面上形成複數個凸肋及通道以界定用於一第一反應劑之一流場；形成延伸穿過該互連之用於一第二反應劑之一開口；形成在該互連之該第一主表面上環繞該開口之一升高表面；及提供在該升高表面上且環繞該開口之一密封，其中該密封包括面向該互連之一邊緣之一大體筆直區段及面向該互連之一中間之一彎曲區段，其中該大體筆直區段係由該密封之一外周邊之一大體筆直部分及該密封之一內部開口之一大體筆直部分界定。
  68. 如請求項67之方法，其中該形成該開口包括形成用於該第二反 應劑之一入口開口，該方法進一步包括：形成延伸穿過該互連之用於該第二反應劑之一出口開口；形成環繞該出口開口之一額外升高表面；及提供在該額外升高表面上且環繞該出口開口之一額外密封，其中該額外密封包括面向該互連之一邊緣之一大體筆直區段及面向該互連之該中間之一彎曲區段，其中該大體筆直區段係由該額外密封之一外周邊之一大體筆直部分及該額外密封之一內部開口之一大體筆直部分界定。
  69. 如請求項67之方法，其中該大體筆直區段平行於且毗鄰於該互連之該邊緣延伸。
  70. 如請求項67之方法，其中該大體筆直區段與該互連之一第二主表面上之一窗口密封之位置重疊或重合。
  71. 如請求項67之方法，其中該密封包括一玻璃及玻璃陶瓷材料中之至少一者。
  72. 如請求項67之方法，進一步包括：在該第一主表面上形成複數個隆起表面，其位於該互連之該邊緣與該流場之間且經間斷地間隔以提供該等隆起表面之間的間隙；及在該等隆起表面上提供一密封材料。
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JP2019139917A (ja) * 2018-02-08 2019-08-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体高分子形の燃料電池スタック
KR20210030906A (ko) 2018-05-31 2021-03-18 블룸 에너지 코퍼레이션 교차-유동 인터커넥트 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템
US11962041B2 (en) 2020-04-03 2024-04-16 Bloom Energy Corporation Methods for manufacturing fuel cell interconnects using 3D printing
RU204343U1 (ru) * 2020-10-22 2021-05-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" Батарея твердооксидных топливных элементов анод-поддерживающей конструкции планарной геометрии
CA3181738A1 (en) 2021-11-12 2023-05-12 Bloom Energy Corporation Fuel cell column including stress mitigation structures
CN114709439B (zh) * 2022-05-31 2022-08-26 武汉氢能与燃料电池产业技术研究院有限公司 质子交换膜燃料电池流场板

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6656625B1 (en) * 1998-04-16 2003-12-02 Alstom Uk Ltd. Glass-ceramic coatings and sealing arrangements and their use in fuel cells

Family Cites Families (112)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2723947A1 (de) 1977-05-27 1978-11-30 Varta Batterie Elektrodenplatte fuer bleiakkumulatoren
US4292379A (en) 1980-04-28 1981-09-29 Westinghouse Electric Corp. Variable area fuel cell process channels
JPH0775166B2 (ja) 1984-12-21 1995-08-09 株式会社東芝 溶融炭酸塩型燃料電池
JPS61148766U (zh) 1985-03-08 1986-09-13
US4755429A (en) 1986-11-03 1988-07-05 International Fuel Cells Corporation Composite graphite separator plate for fuel cell stack
US4913982A (en) 1986-12-15 1990-04-03 Allied-Signal Inc. Fabrication of a monolithic solid oxide fuel cell
US5162167A (en) 1990-09-11 1992-11-10 Allied-Signal Inc. Apparatus and method of fabricating a monolithic solid oxide fuel cell
US5290642A (en) 1990-09-11 1994-03-01 Alliedsignal Aerospace Method of fabricating a monolithic solid oxide fuel cell
US5256499A (en) 1990-11-13 1993-10-26 Allied Signal Aerospace Monolithic solid oxide fuel cells with integral manifolds
US5248712A (en) 1990-12-21 1993-09-28 Takeda Chemical Industries, Ltd. Binders for forming a ceramics sheet and applications thereof
US5382315A (en) 1991-02-11 1995-01-17 Microelectronics And Computer Technology Corporation Method of forming etch mask using particle beam deposition
JPH04292865A (ja) 1991-03-20 1992-10-16 Ngk Insulators Ltd 固体電解質型燃料電池
US5215946A (en) 1991-08-05 1993-06-01 Allied-Signal, Inc. Preparation of powder articles having improved green strength
US5273837A (en) 1992-12-23 1993-12-28 Corning Incorporated Solid electrolyte fuel cells
JP3145522B2 (ja) 1993-01-18 2001-03-12 三菱重工業株式会社 固体電解質型燃料電池
US5368667A (en) 1993-01-29 1994-11-29 Alliedsignal Inc. Preparation of devices that include a thin ceramic layer
JP3267034B2 (ja) 1993-03-10 2002-03-18 株式会社村田製作所 固体電解質型燃料電池の製造方法
US5342705A (en) 1993-06-04 1994-08-30 Allied-Signal, Inc. Monolithic fuel cell having a multilayer interconnect
JP3064167B2 (ja) 1993-09-01 2000-07-12 三菱重工業株式会社 固体電解質燃料電池
GB9403234D0 (en) 1994-02-19 1994-04-13 Rolls Royce Plc A solid oxide fuel cell stack and a reactant distribution member therefor
JP3349245B2 (ja) 1994-03-04 2002-11-20 三菱重工業株式会社 固体電解質型燃料電池の製造方法
US5460897A (en) 1994-03-18 1995-10-24 Allied Signal Inc. Solid oxide fuel cell stacking assembly
US5494700A (en) 1994-04-05 1996-02-27 The Curators Of The University Of Missouri Method of coating a substrate with a metal oxide film from an aqueous solution comprising a metal cation and a polymerizable organic solvent
US5453331A (en) 1994-08-12 1995-09-26 University Of Chicago Compliant sealants for solid oxide fuel cells and other ceramics
US6001761A (en) 1994-09-27 1999-12-14 Nippon Shokubai Co., Ltd. Ceramics sheet and production method for same
DE69518548T2 (de) 1994-11-09 2001-04-19 Ngk Insulators Ltd Verfahren zur Herstellung eines keramischen Substrates
AUPN173595A0 (en) 1995-03-15 1995-04-06 Ceramic Fuel Cells Limited Fuel cell interconnect device
US5641585A (en) 1995-03-21 1997-06-24 Lockheed Idaho Technologies Company Miniature ceramic fuel cell
JPH09199143A (ja) 1996-01-19 1997-07-31 Murata Mfg Co Ltd 固体電解質型燃料電池の製造方法
JPH09223506A (ja) 1996-02-14 1997-08-26 Murata Mfg Co Ltd 固体電解質型燃料電池の製造方法
JPH09245810A (ja) 1996-03-12 1997-09-19 Murata Mfg Co Ltd 固体電解質型燃料電池の製造方法
JPH09245811A (ja) 1996-03-12 1997-09-19 Murata Mfg Co Ltd 固体電解質型燃料電池の製造方法
AUPN876896A0 (en) 1996-03-18 1996-04-18 Ceramic Fuel Cells Limited An electrical interconnect for a planar fuel cell
JPH09277226A (ja) 1996-04-15 1997-10-28 Murata Mfg Co Ltd 固体電解質型燃料電池の製造方法
US5964991A (en) 1996-09-26 1999-10-12 Ngk Insulators, Ltd. Sintered laminated structures, electrochemical cells and process for producing such sintered laminated structures
AUPO724997A0 (en) 1997-06-10 1997-07-03 Ceramic Fuel Cells Limited A fuel cell assembly
US5981098A (en) 1997-08-28 1999-11-09 Plug Power, L.L.C. Fluid flow plate for decreased density of fuel cell assembly
AUPO897897A0 (en) 1997-09-05 1997-09-25 Ceramic Fuel Cells Limited An interconnect device for a fuel cell assembly
US6183897B1 (en) 1998-09-16 2001-02-06 Sofco Via filled interconnect for solid oxide fuel cells
DE19964565B3 (de) 1998-11-26 2017-07-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellenstapel
JP3769958B2 (ja) 1998-12-24 2006-04-26 三菱電機株式会社 燃料電池
JP3530054B2 (ja) 1999-02-09 2004-05-24 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP2000281438A (ja) 1999-03-31 2000-10-10 Nippon Shokubai Co Ltd ジルコニアシート及びその製法
US6890677B2 (en) 1999-05-06 2005-05-10 Sandia Corporation Fuel cell and membrane
US7163713B2 (en) 1999-07-31 2007-01-16 The Regents Of The University Of California Method for making dense crack free thin films
US6635378B1 (en) 1999-08-16 2003-10-21 Hybrid Power Generation System, Llc Fuel cell having improved condensation and reaction product management capabilities
US6251534B1 (en) 1999-09-23 2001-06-26 Plug Power Inc. Fuel cell cascade flow system
US6777126B1 (en) 1999-11-16 2004-08-17 Gencell Corporation Fuel cell bipolar separator plate and current collector assembly and method of manufacture
US6361892B1 (en) 1999-12-06 2002-03-26 Technology Management, Inc. Electrochemical apparatus with reactant micro-channels
EP1113518B1 (en) 1999-12-27 2013-07-10 Corning Incorporated Solid oxide electrolyte, fuel cell module and manufacturing method
US6589681B1 (en) 2000-03-06 2003-07-08 Hybrid Power Generation Systems Llc Series/parallel connection of planar fuel cell stacks
US6803136B2 (en) 2000-04-10 2004-10-12 Hybrid Power Generation Systems, Llc Stacking and manifolding of unitized solid oxide fuel cells
US6835488B2 (en) 2000-05-08 2004-12-28 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell with patterned electrolyte/electrode interface
US6638575B1 (en) 2000-07-24 2003-10-28 Praxair Technology, Inc. Plasma sprayed oxygen transport membrane coatings
DE10043008A1 (de) 2000-09-01 2002-03-28 Forschungszentrum Juelich Gmbh Bipolare Platte
US6869720B2 (en) 2000-09-27 2005-03-22 Proton Energy Systems, Inc. Method and apparatus for maintaining compression of the active area in an electrochemical cell
DE10058337A1 (de) 2000-11-24 2002-05-29 Gen Motors Corp Blechprodukt, Platte für eine Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung derselben
US6503653B2 (en) 2001-02-23 2003-01-07 General Motors Corporation Stamped bipolar plate for PEM fuel cell stack
US20020127460A1 (en) 2001-03-08 2002-09-12 The Regents Of The University Of California Protective coatings for fuel cell interconnect
JP4226332B2 (ja) 2001-03-26 2009-02-18 パナソニック株式会社 高分子電解質型燃料電池
AUPR636401A0 (en) 2001-07-13 2001-08-02 Ceramic Fuel Cells Limited Fuel cell stack configuration
US6653009B2 (en) 2001-10-19 2003-11-25 Sarnoff Corporation Solid oxide fuel cells and interconnectors
US6945266B2 (en) 2001-10-19 2005-09-20 Metallic Power, Inc. Manifold for fuel cell system
US7067208B2 (en) 2002-02-20 2006-06-27 Ion America Corporation Load matched power generation system including a solid oxide fuel cell and a heat pump and an optional turbine
US7150934B2 (en) 2002-03-26 2006-12-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electrolyte film electrode union, fuel cell containing the same and process for producing them
WO2003092046A2 (en) 2002-04-24 2003-11-06 The Regents Of The University Of California Planar electrochemical device assembly
US7981561B2 (en) * 2005-06-15 2011-07-19 Ati Properties, Inc. Interconnects for solid oxide fuel cells and ferritic stainless steels adapted for use with solid oxide fuel cells
AT6260U1 (de) 2002-08-01 2003-07-25 Plansee Ag Verfahren zur herstellung eines formteiles
JP4067371B2 (ja) 2002-09-25 2008-03-26 本田技研工業株式会社 燃料電池
US20040200187A1 (en) 2002-11-27 2004-10-14 Warrier Sunil G. Compliant, strain tolerant interconnects for solid oxide fuel cell stack
US8048587B2 (en) 2002-11-27 2011-11-01 Delphi Technologies, Inc. Compliant current collector for fuel cell anode and cathode
US7553579B2 (en) 2003-04-04 2009-06-30 Versa Power Systems Ltd. Solid oxide fuel cell stack with floating cells
CA2799493C (en) 2003-05-16 2016-07-19 Hydrogenics Corporation Flow field plate for a fuel cell and fuel cell assembly incorporating the flow field plate
US20040265675A1 (en) 2003-06-24 2004-12-30 General Electric Company Fuel Cell Flow Field Design
US20040265666A1 (en) * 2003-06-27 2004-12-30 Weil K. Scott Solid oxide fuel cell frames and method of manufacture
US20050008921A1 (en) 2003-07-10 2005-01-13 University Of Alaska Fairbanks Fluid flow plate for fuel cell
US20050017055A1 (en) 2003-07-24 2005-01-27 Kurz Douglas L. Electrochemical fuel cell component materials and methods of bonding electrochemical fuel cell components
JP4682511B2 (ja) * 2003-12-02 2011-05-11 日産自動車株式会社 固体酸化物型燃料電池
US20050255364A1 (en) 2003-12-12 2005-11-17 Cho Tae-Hee Bipolar plate of fuel cell
US20050136312A1 (en) 2003-12-22 2005-06-23 General Electric Company Compliant fuel cell system
US20050227134A1 (en) 2004-04-13 2005-10-13 Ion American Corporation Offset interconnect for a solid oxide fuel cell and method of making same
CN101002355A (zh) 2004-08-10 2007-07-18 财团法人电力中央研究所 成膜物
KR100579308B1 (ko) 2004-08-30 2006-05-11 현대자동차주식회사 연료전지의 유량분배 안정장치
KR20060081603A (ko) 2005-01-10 2006-07-13 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 스택과 이를 갖는 연료 전지 시스템
US20060204826A1 (en) 2005-03-09 2006-09-14 Ion America Corporation Geometric feature driven flow equalization in fuel cell stack gas flow separator
US7713649B2 (en) 2005-03-10 2010-05-11 Bloom Energy Corporation Fuel cell stack with internal fuel manifold configuration
US7781119B2 (en) 2005-04-22 2010-08-24 Gm Global Technology Operations, Inc. Flow shifting in each individual cell of a fuel cell stack
US7781123B2 (en) 2005-06-06 2010-08-24 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for forming electrode interconnect contacts for a solid-oxide fuel cell stack
US20060286431A1 (en) 2005-06-15 2006-12-21 National Central University Flow channel on interconnect of planar solid oxide fuel cell
US7422821B2 (en) 2005-08-19 2008-09-09 Institute Of Nuclear Energy Research On the uniformity of fluid flow rate for interconnecting plate for planar solid oxide fuel cell
WO2007087305A2 (en) 2006-01-23 2007-08-02 Bloom Energy Corporation Integrated solid oxide fuel cell and fuel processor
US7951509B2 (en) 2006-04-03 2011-05-31 Bloom Energy Corporation Compliant cathode contact materials
US8110319B2 (en) 2007-01-31 2012-02-07 Bloom Energy Corporation Fuel cell stack components
US20080199738A1 (en) 2007-02-16 2008-08-21 Bloom Energy Corporation Solid oxide fuel cell interconnect
US8394547B2 (en) 2007-09-07 2013-03-12 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell bipolar plate exit for improved flow distribution and freeze compatibility
US20090286125A1 (en) 2008-04-03 2009-11-19 The University Of Toledo Bi-electrode supported solid oxide fuel cells having gas flow plenum channels and methods of making same
US8211585B2 (en) * 2008-04-08 2012-07-03 GM Global Technology Operations LLC Seal for PEM fuel cell plate
AU2009275535B2 (en) * 2008-08-01 2012-10-04 Haldor Topsoe A/S Interconnect for a fuel cell, a method for manufacturing an interconnect for a fuel cell
DE102008049608A1 (de) 2008-09-30 2010-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Interkonnektors für Hochtemperatur-Brennstoffzellen, zugehörige Hochtemperatur-Brennstoffzelle sowie damit aufgebaute Brennstoffzellenanlage
US8986905B2 (en) 2008-11-11 2015-03-24 Bloom Energy Corporation Fuel cell interconnect
US8691470B2 (en) 2008-11-12 2014-04-08 Bloom Energy Corporation Seal compositions, methods, and structures for planar solid oxide fuel cells
WO2010059793A2 (en) 2008-11-21 2010-05-27 Bloom Energy Corporation Coating process for production of fuel cell components
US8623569B2 (en) 2008-12-09 2014-01-07 Bloom Energy Corporation Fuel cell seals
US8663869B2 (en) 2009-03-20 2014-03-04 Bloom Energy Corporation Crack free SOFC electrolyte
TW201037888A (en) * 2009-04-01 2010-10-16 Chung Hsin Elec & Mach Mfg Fuel cell structure having combined polar plates and the combined polar plate thereof
JP5321291B2 (ja) * 2009-06-30 2013-10-23 Ｎｏｋ株式会社 燃料電池
AT11799U1 (de) 2009-12-15 2011-05-15 Plansee Se Formteil
EP2661782B1 (en) 2011-01-06 2018-10-03 Bloom Energy Corporation Sofc hot box components
TWI552417B (zh) 2011-11-17 2016-10-01 博隆能源股份有限公司 對氧化鋯為主之電解質提供抗腐蝕性之多層塗層
EP2780969A4 (en) 2011-11-18 2016-04-27 Bloom Energy Corp METHOD FOR PRODUCING A FUEL CELL CONNECTION BY POWDER METALLURGY
WO2013074918A1 (en) 2011-11-18 2013-05-23 Bloom Energy Corporation Fuel cell interconnects and methods of fabrication
US9065127B2 (en) 2012-02-17 2015-06-23 Bloom Energy Corporation Methods and systems for fuel cell stack sintering and conditioning

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6656625B1 (en) * 1998-04-16 2003-12-02 Alstom Uk Ltd. Glass-ceramic coatings and sealing arrangements and their use in fuel cells

Also Published As

Publication number Publication date
US20140127604A1 (en) 2014-05-08
CN104769762A (zh) 2015-07-08
TW201432995A (zh) 2014-08-16
WO2014074478A1 (en) 2014-05-15
US9368809B2 (en) 2016-06-14
US20140127603A1 (en) 2014-05-08
US9673457B2 (en) 2017-06-06
US9368810B2 (en) 2016-06-14
US20140127602A1 (en) 2014-05-08

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