一種管式固體氧化物燃料電池的電池組的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種管式固體氧化物燃料電池的電池組。本實(shí)用新型的目的在于提供一種不含連接體的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有高體積功率密度和功率密度的可適用于多種燃料且便于組裝成電池堆的管式固體氧化物燃料電池的電池組。本實(shí)用新型管式固體氧化物燃料電池的電池組，由管式固體氧化物燃料電池組裝單元、密封蓋、外殼和催化劑重整倉(cāng)組成，管式固體氧化物燃料電池組裝單元設(shè)置在外殼內(nèi)，外殼的兩端設(shè)置密封蓋，催化劑重整倉(cāng)安裝在燃料氣分配孔道上；所述管式固體氧化物燃料電池組裝單元包括一根以上的管式固體氧化物燃料單電池和合金基座，一根以上的管式固體氧化物燃料單電池的兩端安放在合金基座上。
【專利說明】
-種管式固體氧化物燃料電池的電池組
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種管式固體氧化物燃料電池的電 池組。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃料電池是一種新型能源技術(shù)，具有高效、清潔、安全可靠等特征。固體氧化物燃 料電池(SOFC)除了具有一般燃料電池的共同優(yōu)點(diǎn)外，其效率更高，SOFC工作溫度高600-800 °C，除了可W采用純氨氣做燃料外還可直接采用多種碳氨燃料進(jìn)行發(fā)電，所W燃料選擇具 有廣泛性。且可實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)聯(lián)供，效率可達(dá)75% W上，且具備燃料普適性。其全固態(tài)、模塊化的 設(shè)計(jì)還使其可W滿足從小型便攜式電源到大型發(fā)電設(shè)備的各種應(yīng)用需求。
[0003] 管式SOFC目前已在世界上示范運(yùn)行了多臺(tái)百千瓦級(jí)系統(tǒng)，表現(xiàn)出良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定 性，而其不足之處在于功率密度低、制備成本高見表一.管式SOFC可W設(shè)計(jì)為盲管結(jié)構(gòu)，從 而實(shí)現(xiàn)無密封設(shè)計(jì);而平板式結(jié)構(gòu)則無法回避電池與連接體之間在高溫下的密封難題.管 式結(jié)構(gòu)中通過管與管集束構(gòu)建電池堆，可W使用廉價(jià)的過渡金屬材料作為電池之間的連接 材料;而平板式電池堆則必須使用能夠耐高溫和耐氧化氣氛腐蝕的高成本金屬材料進(jìn)行集 電.一般SOFC單電池在工作時(shí)電壓僅有0.7V左右，而電流可W達(dá)到數(shù)安培，所W在實(shí)際應(yīng)用 中需將多個(gè)單電池進(jìn)行串并聯(lián)組成電池堆W提高輸出電壓和輸出功率串聯(lián)提高電壓，并聯(lián) 提高電流。電池上制備陶瓷連接體來進(jìn)行單電池直接的串聯(lián)。比如：西口子-西屋公司采用 等離子噴涂法，沿管軸線方向制備滲雜的銘酸銅連接體條。但是陶瓷連接體制備困難，成本 高的問題很難解決。
[0004] 表一科學(xué)通報(bào)，2013年第58卷第21期:2035~2045 [00。"
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[00U/J 目麗巧SUKG的巧化化巧巧甲，官巧SUKG電泄巧巫巧鮮巧的天銷巧不問題之一就進(jìn) 一步降低電池堆的制造成本，而優(yōu)化管式SOFC電池堆的設(shè)計(jì)，提高電池堆的體積功率密度 和發(fā)電功率規(guī)模是降低電池堆制造成本的有效途徑之一。管式SOFC電池堆的設(shè)計(jì)還要求電 池堆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、組裝簡(jiǎn)單、可適用多種燃料。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 本實(shí)用新型的目的在于通過優(yōu)化管式SOFC電池組的組合方式，提供一種不含連接 體的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有高體積功率密度和功率密度的可適用于多種燃料且便于組裝成電池 堆的管式固體氧化物燃料電池的電池組。
[0009] 本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案為：
[0010] -種管式固體氧化物燃料電池的電池組，由管式固體氧化物燃料電池組裝單元、 密封蓋、外殼和催化劑重整倉(cāng)組成，管式固體氧化物燃料電池組裝單元設(shè)置在外殼內(nèi)，外殼 的兩端設(shè)置密封蓋，催化劑重整倉(cāng)安裝在燃料氣分配孔道上;所述管式固體氧化物燃料電 池組裝單元包括一根W上的管式固體氧化物燃料單電池和合金基座，一根W上的管式固體 氧化物燃料單電池的兩端安放在合金基座上；
[0011] 所述合金基座包括多根電池插入基道、氣路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)，電池插入基道與電 池插入基道之間設(shè)置圓形孔隙或者多個(gè)圓孔；
[0012] 所述電池插入基道的個(gè)數(shù)為一個(gè)W上，每個(gè)電池插入基道上可插入一根電池。
[0013] 所述氣路系統(tǒng)包括空氣分配孔道和燃料氣分配孔道，空氣分配孔道與管式固體氧 化物燃料單電池的陰極面相通，燃料氣分配孔道與管式固體氧化物燃料單電池的陽極面相 通；
[0014] 所述電路系統(tǒng)包括陽極導(dǎo)線和陰極導(dǎo)線W及電池插入基道內(nèi)側(cè)的陽極極耳和陰 極極耳，所述陽極導(dǎo)線與陽極極耳相連接，陰極導(dǎo)線與陰極極耳相連接，陽極導(dǎo)線和陰極導(dǎo) 線分別穿過密封蓋與外界連接。
[0015] 所述的一根W上的管式固體氧化物燃料單電池的管徑不同。
[0016] 所述的管式固體氧化物燃料單電池為陽極支撐管式電池或陰極支撐管式電池，兩 端均開口；陽極支撐管式電池的組成順序?yàn)殛枠O-電解質(zhì)-陰極，陽極向內(nèi)，陰極朝外；陰極 支撐管式電池的組成順序?yàn)殛帢O-電解質(zhì)-陽極，陰極向內(nèi)，陽極朝外。
[0017] -根W上的管式固體氧化物燃料單電池中，當(dāng)管式固體氧化物燃料單電池的個(gè)數(shù) 是一根時(shí)，插入合金基座最中屯、的電池插入基道內(nèi)；當(dāng)管式固體氧化物燃料單電池的個(gè)數(shù) 大于一根時(shí)，陽極支撐管式電池或陰極支撐管式電池交替插入電池插入基道內(nèi)，管徑大的 管式固體氧化物燃料單電池套在管徑小的管式固體氧化物燃料單電池外，且陽極對(duì)陽極， 陰極對(duì)陰極。
[0018] 在外殼的內(nèi)表面設(shè)置有保溫層。
[0019] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有W下有益效果：
[0020] 1、本發(fā)明所采用的單電池的數(shù)量可W根據(jù)需要調(diào)整，可W較方便地拆卸替換；
[0021] 2、本發(fā)明的組裝單元具有獨(dú)立的、可調(diào)節(jié)的氣路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)，且均處于合金 基座內(nèi)部設(shè)計(jì)性較強(qiáng)，安全性高，所制備電堆具有良好的穩(wěn)定性和耐久性；
[0022] 3、本發(fā)明的SOFC電池為大管套小管，極大地節(jié)約了空間，使得電堆在極小的空間 里，可W實(shí)現(xiàn)較高的輸出電壓，極大地提高了傳統(tǒng)管式SOFC的體積功率密度；
[0023] 4、本發(fā)明采用不同的串聯(lián)、并聯(lián)的集電設(shè)計(jì)，可W調(diào)整電堆的輸出電壓和電流；
[0024] 5、本發(fā)明管型固體氧化物燃料電池SOFC的電堆具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、穩(wěn)定高的優(yōu) 點(diǎn)，電池堆的功率大小易調(diào)節(jié)、容錯(cuò)能力強(qiáng)、易維護(hù)。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1的電池插入基道結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2的電池插入基道結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖4是本實(shí)用新型外殼結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[00巧]實(shí)施例1
[0030] 如圖1、圖2和圖4所示，一種管式固體氧化物燃料電池的電池組，由管式固體氧化 物燃料電池組裝單元1、密封蓋2、內(nèi)表面設(shè)置有保溫層的外殼3和催化劑重整倉(cāng)4組成，管式 固體氧化物燃料電池組裝單元1設(shè)置在外殼3內(nèi)，外殼的兩端設(shè)置密封蓋2,催化劑重整倉(cāng)4 安裝在燃料氣分配孔道11上;所述管式固體氧化物燃料電池組裝單元1包括一根W上的管 式固體氧化物燃料單電池6和合金基座，一根W上的管徑不同的管式固體氧化物燃料單電 池6的兩端安放在合金基座上；
[0031] 所述合金基座可容納多個(gè)單電池插入的電池插入基道、氣路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)，電 池插入基道7與電池插入基道7之間設(shè)置圓形孔隙8;
[0032] 所述氣路系統(tǒng)包括空氣分配孔道10和燃料氣分配孔道11，空氣分配孔道10與管式 固體氧化物燃料單電池6的陰極面相通，燃料氣分配孔道11與管式固體氧化物燃料單電池6 的陽極面相通；
[0033] 所述電路系統(tǒng)包括陽極導(dǎo)線12和陰極導(dǎo)線13W及電池插入基道7內(nèi)側(cè)的陽極極耳 14和陰極極耳15,所述陽極導(dǎo)線12與陽極極耳14相連接，陰極導(dǎo)線13與陰極極耳15相連接。
[0034] 所述的管式固體氧化物燃料單電池6為陽極支撐管式電池或陰極支撐管式電池， 兩端均開口；陽極支撐管式電池的組成順序?yàn)殛枠O-電解質(zhì)-陰極，陽極向內(nèi)，陰極朝外；陰 極支撐管式電池的組成順序?yàn)殛帢O-電解質(zhì)-陽極，陰極向內(nèi)，陽極朝外。
[0035] -根W上的管式固體氧化物燃料單電池6中，當(dāng)管式固體氧化物燃料單電池6的個(gè) 數(shù)是一根時(shí)，插入合金基座最中屯、的電池插入基道7內(nèi)；當(dāng)管式固體氧化物燃料單電池6的 個(gè)數(shù)大于一根時(shí)，陽極支撐管式電池或陰極支撐管式電池交替插入電池插入基道7內(nèi)，管徑 大的管式固體氧化物燃料單電池6套在管徑小的管式固體氧化物燃料單電池6外，且陽極對(duì) 陽極，陰極對(duì)陰極。
[0036] 實(shí)施例2
[0037] 如圖1、圖3和圖4所示，一種管式固體氧化物燃料電池的電池堆，由管式固體氧化 物燃料電池組裝單元1、密封蓋2、內(nèi)表面設(shè)置有保溫層的外殼3和催化劑重整倉(cāng)4組成，管式 固體氧化物燃料電池組裝單元1設(shè)置在外殼3內(nèi)，外殼的兩端設(shè)置密封蓋2,催化劑重整倉(cāng)4 安裝在燃料氣分配孔道11上;所述管式固體氧化物燃料電池組裝單元1包括一根W上的管 式固體氧化物燃料單電池6和合金基座，一根W上管徑不同的管式固體氧化物燃料單電池6 的兩端安放在合金基座上；
[0038] 所述合金基座包括多個(gè)電池插入基道7、氣路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)，電池插入基道7與 電池插入基道7之間設(shè)置多個(gè)圓孔9;
[0039] 所述氣路系統(tǒng)包括空氣分配孔道10和燃料氣分配孔道11，空氣分配孔道10與管式 固體氧化物燃料單電池6的陰極面相通，燃料氣分配孔道11與管式固體氧化物燃料單電池6 的陽極面相通；
[0040] 所述電路系統(tǒng)包括陽極導(dǎo)線12和陰極導(dǎo)線13W及電池插入基道7內(nèi)側(cè)的陽極極耳 14和陰極極耳15,所述陽極導(dǎo)線12與陽極極耳14相連接，陰極導(dǎo)線13與陰極極耳15相連接。
[0041] 所述的管式固體氧化物燃料單電池6為陽極支撐管式電池或陰極支撐管式電池， 兩端均開口；陽極支撐管式電池的組成順序?yàn)殛枠O-電解質(zhì)-陰極，陽極向內(nèi)，陰極朝外；陰 極支撐管式電池的組成順序?yàn)殛帢O-電解質(zhì)-陽極，陰極向內(nèi)，陽極朝外。
[0042] -根W上的管式固體氧化物燃料單電池6中，當(dāng)管式固體氧化物燃料單電池6的個(gè) 數(shù)是一根時(shí)，插入合金基座最中屯、的電池插入基道7內(nèi)；當(dāng)管式固體氧化物燃料單電池6的 個(gè)數(shù)大于一根時(shí)，陽極支撐管式電池或陰極支撐管式電池交替插入電池插入基道7內(nèi)，管徑 大的管式固體氧化物燃料單電池6套在管徑小的管式固體氧化物燃料單電池6外，且陽極對(duì) 陽極，陰極對(duì)陰極。
[0043] 本實(shí)用新型管式固體氧化物燃料電池組的組裝方法包括W下步驟：
[0044] 第一步:將一根W上的管式固體氧化物燃料單電池6的兩端均插入電池插入基道7 內(nèi)，采用密封材料密封，插入時(shí)根據(jù)管式固體氧化物燃料單電池6的個(gè)數(shù)和種類采用W下方 式，當(dāng)管式固體氧化物燃料單電池6的個(gè)數(shù)是一根時(shí)，可W為陽極支撐管式電池或陰極支撐 管式電池，插入合金基座最中屯、的電池插入基道7內(nèi)；當(dāng)管式固體氧化物燃料單電池6的個(gè) 數(shù)大于一根時(shí)，陽極支撐管式電池和陰極支撐管式電池交替插入電池插入基道7內(nèi)，管徑大 的管式固體氧化物燃料單電池6套在管徑小的管式固體氧化物燃料單電池6外，兩個(gè)管之間 留有間距，且陽極對(duì)陽極，陰極對(duì)陰極；
[0045] 第二步:氣路系統(tǒng)設(shè)置:當(dāng)中屯、管為陽極支撐管式電池，則所通氣氛采用中屯、為燃 料氣，中屯、管外側(cè)通空氣，當(dāng)中屯、管為陰極支撐管式電池則所通氣氛采用中屯、為空氣，中屯、 管外側(cè)通燃料氣；當(dāng)單電池的數(shù)量不止一個(gè)時(shí)，燃料氣和空氣交替通入相應(yīng)通道，當(dāng)燃料氣 是非純氨氣時(shí)，需要在燃料進(jìn)氣管道上加裝一個(gè)催化劑重整倉(cāng)；
[0046] 第S步：電路系統(tǒng)設(shè)置:將陽極導(dǎo)線12和陰極導(dǎo)線13分別與電池插入基道7內(nèi)側(cè)的 陽極極耳14和陰極極耳15相連；
[0047] 第四步:將一個(gè)密封蓋與合金基座匹配合適，組裝完成后再外面套上一個(gè)外殼，再 加上另一個(gè)密封蓋，將外殼和上下密封蓋采用法蘭密封；
[0048] 第五步:兩個(gè)W上的管式固體氧化物燃料電池堆可W根據(jù)陽極導(dǎo)線12和陰極導(dǎo)線 13之間的串并聯(lián)關(guān)系進(jìn)行串聯(lián)連接、并聯(lián)連接或者串并聯(lián)混合連接。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種管式固體氧化物燃料電池的電池組，其特征是由管式固體氧化物燃料電池組裝 單元(1)、密封蓋(2)、外殼(3)和催化劑重整倉(cāng)(4)組成，管式固體氧化物燃料電池組裝單元 (1)設(shè)置在外殼(3)內(nèi)，外殼的兩端設(shè)置密封蓋(2)，催化劑重整倉(cāng)(4)安裝在燃料氣分配孔 道（11)上;所述管式固體氧化物燃料電池組裝單元（1)包括一根以上的管式固體氧化物燃 料單電池(6)和合金基座，一根以上的管式固體氧化物燃料單電池(6)的兩端安放在合金基 座上； 所述合金基座包括多個(gè)電池插入基道(7)、氣路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)，電池插入基道(7)與 電池插入基道(7)之間設(shè)置圓形孔隙(8)或者多個(gè)圓孔(9); 所述氣路系統(tǒng)包括空氣分配孔道（10)和燃料氣分配孔道（11)，空氣分配孔道（10)與管 式固體氧化物燃料單電池(6)的陰極面相通，燃料氣分配孔道（11)與管式固體氧化物燃料 單電池(6)的陽極面相通； 所述電路系統(tǒng)包括陽極導(dǎo)線（12)和陰極導(dǎo)線（13)以及電池插入基道(7)內(nèi)側(cè)的陽極極 耳（14)和陰極極耳（15)，所述陽極導(dǎo)線（12)與陽極極耳（14)相連接，陰極導(dǎo)線（13)與陰極 極耳(15)相連接，陽極導(dǎo)線（12)和陰極導(dǎo)線（13)分別穿過密封蓋(2)與外界連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式固體氧化物燃料電池的電池組，其特征是所述的一根以 上的管式固體氧化物燃料單電池(6)的管徑不同。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式固體氧化物燃料電池的電池組，其特征是所述的管式固 體氧化物燃料單電池(6)為陽極支撐管式電池或陰極支撐管式電池，兩端均開口；陽極支撐 管式電池的組成順序?yàn)殛枠O-電解質(zhì)-陰極，陽極向內(nèi)，陰極朝外；陰極支撐管式電池的組成 順序?yàn)殛帢O-電解質(zhì)-陽極，陰極向內(nèi)，陽極朝外。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式固體氧化物燃料電池的電池組，其特征是一根以上的管 式固體氧化物燃料單電池(6)中，當(dāng)管式固體氧化物燃料單電池(6)的個(gè)數(shù)是一根時(shí)，插入 合金基座最中心的電池插入基道(7)內(nèi)；當(dāng)管式固體氧化物燃料單電池(6)的個(gè)數(shù)大于一根 時(shí)，陽極支撐管式電池或陰極支撐管式電池交替插入電池插入基道(7)內(nèi)，管徑大的管式固 體氧化物燃料單電池(6)套在管徑小的管式固體氧化物燃料單電池(6)外，且陽極對(duì)陽極， 陰極對(duì)陰極。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式固體氧化物燃料電池的電池組，其特征是在外殼(3)的內(nèi) 表面設(shè)置有保溫層。
【文檔編號(hào)】H01M2/20GK205609674SQ201620238454
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日
【發(fā)明人】馬燦良, 趙云, 李思殿
【申請(qǐng)人】山西大學(xué)