用于緊湊型固體氧化物燃料電池的互連裝置和包括該互連裝置的燃料電池堆。所述互連裝置包括主體，所述主體具有在所述主體的不同側(cè)上的第一界面表面和第二界面表面，其中第一界面表面包括至少一個(gè)陽極排氣輸入和離所述至少一個(gè)陽極排氣輸入一定距離處的至少一個(gè)陰極排氣輸入，其中第二界面表面包括至少一個(gè)燃料供應(yīng)端口和離所述至少一個(gè)燃料供應(yīng)端口一定距離處的至少一個(gè)空氣供應(yīng)端口，其中所述至少一個(gè)陽極排氣輸入與所述至少一個(gè)燃料供應(yīng)端口和/或被布置在離所述第一界面表面和所述第二界面表面一定距離處的至少一個(gè)陽極排氣出口流體連通，其中所述至少一個(gè)陰極排氣輸入與所述至少一個(gè)空氣供應(yīng)端口和/或被布置在離所述第一界面表面和所述第二界面表面一定距離處的至少一個(gè)陰極排氣出口流體連通，其中至少一個(gè)第一電端口被布置在所述至少一個(gè)陰極排氣輸入處或中并能夠從所述第一界面表面連接，其中至少一個(gè)第二電端口被布置在所述至少一個(gè)燃料供應(yīng)端口處或中并能夠從所述第二界面表面連接，并且其中所述至少一個(gè)第一電端口電連接到所述至少一個(gè)第二電端口。電連接到所述至少一個(gè)第二電端口。電連接到所述至少一個(gè)第二電端口。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
用于固體氧化物燃料電池的互連裝置和包括該互連裝置的燃料電池堆
[0001]本專利技術(shù)涉及一種用于固體氧化物燃料電池的互連裝置，一種包括多個(gè)固體氧化物燃料電池和至少一個(gè)這樣的互連裝置的燃料電池堆，以及一種具有至少一個(gè)燃料電池堆的交通工具。
技術(shù)介紹
[0002]固體氧化物燃料電池在大約650℃至1000℃的高溫下運(yùn)行。電解質(zhì)由固體和氣密陶瓷材料組成，其能夠傳導(dǎo)氧離子，但與電子絕緣。多個(gè)固體氧化物燃料電池可以組合以形成燃料電池堆，其中，雙極板被布置在連續(xù)的燃料電池之間。雙極板附接到燃料電池之一的陽極和相鄰燃料電池的陰極。
[0003]在燃料電池堆中，氫氣通過第一雙極板的氣體通道進(jìn)入并到達(dá)與第一雙極板接觸的燃料電池的陽極。在同一燃料電池的陰極處，通過與燃料電池的陰極接觸的第二雙極板的氣體通道供應(yīng)空氣或氧氣。在燃料電池工作過程中，氧離子穿過電解質(zhì)，電子從陽極移動(dòng)進(jìn)入到雙極板中，以進(jìn)一步進(jìn)入到相鄰的電池中。通過經(jīng)由布置在一系列燃料電池之間的雙極板連接該一系列燃料電池，形成燃料電池堆。電路可以連接到燃料電池堆，以使用所產(chǎn)生的電壓并維持燃料電池工作過程。在普通的燃料電池堆中，多余的氫(沒有在各個(gè)陽極處轉(zhuǎn)換)、多余的空氣和反應(yīng)水離開對應(yīng)的雙極板。
[0004]雙極板滿足多種不同的功能。雙極板通過其氣體通道(也稱為流場)來分配進(jìn)入的反應(yīng)物，即氫和空氣/氧。它們攜帶壓縮壓力，這是由于燃料電池堆通常被置于壓縮下，以便確保電極與雙極板之間的低接觸電阻。所述氣體分配通道通過局部去除材料來提供，因而，剩余材料經(jīng)受更大的應(yīng)力。雙極板還電連接到燃料電池并收集其中產(chǎn)生的電流。更進(jìn)一步，通過電化學(xué)反應(yīng)在燃料電池中產(chǎn)生的熱被雙極板接收，并且可以通過其導(dǎo)熱性或例如通過另外的冷卻通道被輸送出燃料電池。通常，從雙極板的中心向外邊界出現(xiàn)溫度梯度。
[0005]通常由金屬材料生產(chǎn)雙極板。在燃料電池堆中產(chǎn)生的電流由此在雙極板內(nèi)沿垂直方向轉(zhuǎn)移到平面電池區(qū)域，這使得能夠高效地收集電流，因?yàn)榭梢允褂镁哂械蜌W姆電子電阻的相對大的區(qū)域。該構(gòu)思已知是用于固定發(fā)電應(yīng)用的有前途的解決方案。雖然平面構(gòu)思提供了低電流收集損耗，但是平面雙極板在平面堆疊中提供了最重的部分。例如，雙極板可能占平面堆疊總重量的70％。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0006]緊湊型固體氧化物燃料電池(SOFC)可以包括示例性的長方體燃料電池塊，其包括延伸穿過燃料電池塊的陽極通道和陰極通道。陽極通道可以包括周向涂層，其構(gòu)成陽極。類似地，陰極通道可以包括陰極涂層，其構(gòu)成對應(yīng)的陰極。這樣的燃料電池塊可以由陶瓷材料制成，并且燃料電池通過陽極通道和陰極通道的成對組合來制造。
[0007]這種緊湊型SOFC的挑戰(zhàn)在于，雙極板，諸如用于二維燃料電池是不適合的。在這種
情況下，單片電池設(shè)計(jì)提供了主要的優(yōu)化潛力，這是因?yàn)殡p極板不是強(qiáng)制實(shí)施的，既不是為了燃料電池與燃料和空氣氣體通道的分離，也不是為了電流收集。這些構(gòu)思是已知的，以利用在電池的軸向方向上沿電極的平面內(nèi)截面的電流收集。因而，電極內(nèi)電流收集的短距離是強(qiáng)制的，以減少電流收集的歐姆損耗。電串聯(lián)連接的緊湊型SOFC的布置是本專利技術(shù)的期望方法，以保持低電流收集損耗。為緊湊型SOFC提供電壓和電流收集，像單片構(gòu)思一樣，需要另一互連裝置。
[0008]因而，本專利技術(shù)的目標(biāo)在于提出一種用于連接多個(gè)緊湊型固體氧化物燃料電池的互連裝置，其中，互連裝置應(yīng)包括最小重量和緊湊形狀。
[0009]該目標(biāo)通過一種具有如下特征的用于緊湊型固體氧化物燃料電池的互連裝置來滿足。有利實(shí)施例和進(jìn)一步的改進(jìn)可以從下面的描述中獲得。
[0010]提出了一種用于緊湊型固體氧化物燃料電池的互連裝置，互連裝置包括主體，所述主體具有在所述主體的不同側(cè)上的第一界面表面和第二界面表面，其中，所述第一界面表面包括至少一個(gè)陽極排氣輸入和離所述至少一個(gè)陽極排氣輸入一定距離處的至少一個(gè)陰極排氣輸入，其中所述第二界面表面包括至少一個(gè)燃料供應(yīng)端口和離所述至少一個(gè)燃料供應(yīng)端口一定距離處的至少一個(gè)氧化劑供應(yīng)端口，其中所述至少一個(gè)陽極排氣輸入與所述至少一個(gè)燃料供應(yīng)端口和/或被布置在離所述第一界面表面和所述第二界面表面一定距離處的至少一個(gè)陽極排氣出口流體連通，其中所述至少一個(gè)陰極排氣輸入與所述至少一個(gè)氧化劑供應(yīng)端口和/或被布置在離所述第一界面表面和所述第二界面表面一定距離處的至少一個(gè)陰極排氣出口流體連通，其中至少一個(gè)第一電端口被布置在所述至少一個(gè)陰極排氣輸入處或中并且能夠從所述第一界面表面連接，其中至少一個(gè)第二電端口被布置在所述至少一個(gè)燃料供應(yīng)端口處或中并且能夠從所述第二界面表面連接，并且其中所述至少一個(gè)第一電端口電連接到所述至少一個(gè)第二電端口。
[0011]因而，互連裝置能夠配合在連續(xù)的緊湊型SOFC之間，以滿足燃料和空氣/氧的反應(yīng)物供應(yīng)以及電流收集的功能，諸如由一維SOFC的雙極板執(zhí)行，同時(shí)考慮緊湊型SOFC的更復(fù)雜的幾何形狀。互連裝置具有帶有多個(gè)側(cè)面的主體，其中，側(cè)面中的兩個(gè)意圖用于提供第一界面表面和第二界面表面。第一界面表面意圖與第一燃料電池接觸，而第二界面表面意圖與隨后的、相鄰的第二燃料電池接觸。兩種燃料電池都可以以緊湊型SOFC的形式提供，如上文解釋的。
[0012]因此，對應(yīng)的SOFC包括三維形狀，陽極和陰極以封閉周邊式成一體以形成三維氣體通道。陽極和陰極在3D電解質(zhì)/膜支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)成一體，以交替方式具有相應(yīng)的陽極/陰極通道。互連裝置的第一界面表面和第二界面表面在大小上適應(yīng)對應(yīng)的SOFC，使得SOFC與界面表面之間的齊平接觸是可能的。包括上述周向布置的陽極和陰極的流動(dòng)通道的位置匹配對應(yīng)的陽極排氣輸入和陰極排氣輸入以及燃料供應(yīng)端口和氧化劑供應(yīng)端口的位置。
[0013]互連裝置可以被夾在兩個(gè)連續(xù)的燃料電池之間，使得不需要專用的緊固或安裝手段。互連裝置然后能夠接收排氣流體流，即陽極排氣和陰極排氣。陽極排氣包括未使用的、多余的氫，而陰極排氣包括貧氧空氣或未使用的氧。互連裝置能夠?qū)⑦@些流體流路由到專用目標(biāo)，例如，路由到后續(xù)燃料電池的對應(yīng)入口中，和/或路由到布置在互連裝置中的出口。
[0014]又進(jìn)一步，第一和第二電端口被設(shè)置成接觸所連接的燃料電池的陽極和/或陰極，這可以通過周向表面來實(shí)現(xiàn)，如上文解釋的。
[0015]由電絕緣材料提供主體是有利的，電絕緣材料能夠承受固體氧化物燃料電池工作過程中出現(xiàn)的高溫。可能可行的是，通過3D打印工藝來產(chǎn)生互連裝置，3D打印工藝通過局部地包括導(dǎo)電材料來簡化第一電端口與第二電端口之間的電連接。
[0016]還有利的是由導(dǎo)電材料提供主體，導(dǎo)電材料能夠經(jīng)受固體氧化物燃料電池工作過程中出現(xiàn)的高溫。然后，主體可以電連接至僅上游燃料電池的陽極通道或陰極通道，以及相反地連接至僅下游燃料電池的陰極通道或陽極通道。然后，陽極通道或陰極通道中的另一個(gè)與主體絕緣。
[0017]在根據(jù)本專利技術(shù)的互連裝置的構(gòu)思中，可以考慮固體氧化物燃料電池的各種不同設(shè)計(jì)，并且互連裝置可以針對期望的電連接和析出物供應(yīng)構(gòu)思而定制。可以使用第一界面表面上的可變數(shù)量的陽極排氣輸入本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種互連裝置(6、50、56、58)，用于緊湊型固體氧化物燃料電池(4、60)，所述互連裝置(6、50、56、58)包括主體(14)，所述主體(14)具有在所述主體(14)的不同側(cè)上的第一界面表面(16)和第二界面表面(18)，其中，所述第一界面表面(16)包括至少一個(gè)陽極排氣輸入(20)和離所述至少一個(gè)陽極排氣輸入(20)一定距離處的至少一個(gè)陰極排氣輸入(22)，其中，所述第二界面表面(18)包括至少一個(gè)燃料供應(yīng)端口(42)和離所述至少一個(gè)燃料供應(yīng)端口(42)一定距離處的至少一個(gè)氧化劑供應(yīng)端口(36)，其中，所述至少一個(gè)陽極排氣輸入(20)與所述至少一個(gè)燃料供應(yīng)端口(42)和/或被布置在離所述第一界面表面(16)和所述第二界面表面(18)一定距離處的至少一個(gè)陽極排氣出口(24)流體連通，其中，所述至少一個(gè)陰極排氣輸入(22)與所述至少一個(gè)氧化劑供應(yīng)端口(36)和/或被布置在離所述第一界面表面(16)和所述第二界面表面(18)一定距離處的至少一個(gè)陰極排氣出口(28)流體連通，其中，至少一個(gè)第一電端口(44)被布置在所述至少一個(gè)陰極排氣輸入(22)處或所述至少一個(gè)陰極排氣輸入(22)中，并且能夠從所述第一界面表面(16)連接，其中，至少一個(gè)第二電端口(46)被布置在所述至少一個(gè)燃料供應(yīng)端口(42)處或所述至少一個(gè)燃料供應(yīng)端口(42)中，并且能夠從所述第二界面表面(18)連接，并且其中，所述至少一個(gè)第一電端口(44)電連接到所述至少一個(gè)第二電端口(46)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連裝置(6、50、56、58)，其中，所述第一界面表面(16)和所述第二界面表面(18)被布置在所述主體(14)的相對側(cè)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的互連裝置(6、50、56、58)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)燃料入口(40)，所述至少一個(gè)燃料入口(40)被布置在所述主體(14)的既不包括所述第一界面表面(16)也不包括所述第二界面表面(18)的側(cè)面上，其中，所述至少一個(gè)燃料入口(40)與所述至少一個(gè)燃料供應(yīng)端口(42)流體連通。4.根據(jù)權(quán)利要求1
?
2中的任一項(xiàng)所述的互連裝置(6、50、56、58)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)氧化劑入口(32)，所述至少一個(gè)氧化劑入口(32)被布置在所述主體(14)的既不包括所述第一界面表面(16)也不包括所述第二界面表面(18)的側(cè)面上，其中，所述至少一個(gè)氧化劑入口(32)與所述至少一個(gè)氧化劑供應(yīng)端口(36)流體連通。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的互連裝置(6、50、56、58)，其中，所述至少一個(gè)氧化劑供應(yīng)端口(36)與所述至少一個(gè)氧化劑入口(32)和所述至少一個(gè)陰極排氣輸入(2...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彼得，
申請(專利權(quán))人：空中客車運(yùn)作有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。