[发明专利]电极面相互垂直的电解质支撑单气室固体氧化物燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种电解质支撑单气室固体氧化物燃料电池。

背景技术

单气室固体燃料物燃料电池（简称为SC-SOFC）是一种全新结构的燃料电池，与传统的固体氧化物燃料电池（简称为SOFC）工作原理不同，它是利用电池阴阳极对工作气体的选择催化性来工作的。电池的阴阳电极处于同一气室，除了具有传统的固体氧化物燃料电池高效、环保等优点外，还具有结构简单，对密封要求低，耐热、耐机械冲击性能好，容易实现多种小规模的电池组设计等优点。近几年来，已逐渐成为固体氧化物燃料电池领域的一个研究热点。

现有单气室固体燃料物燃料电池中一种很重要的结构就是电极分布在电解质同一个平面上的同面型电解质支撑单气室固体氧化物燃料电池。这种电池的最大的缺点就是电解质的欧姆阻抗占了电池阻抗很大的比例，极大的影响电池的输出性能。为了减少欧姆损失，通常采用两种方法来减小电池的欧姆电阻，一种是减小两电极之间的距离，缩短电流的流通路径，另一种是增加电解质的厚度，扩展电流的流通路径。但是，这两种方法都带来了一些问题。首先，对于这种结构的电池，电极间的距离很难达到微米量级，同时减小电极的间距，一方面会增加短路的机会；另一方面也会减小电极对工作气体的选择催化性，降低了电池开路电压；其次，增加电解质的厚度，不但增大了电池的重量，也会导致了电解质的有效面积，特别是侧面面积不能充分利用，导致电解质材料的浪费。

发明内容

本发明为了解决现有电极分布在电解质同一面的共面单气室固体氧化物燃料物电池欧姆电阻大、输出性能较低的问题，从而提供一种电极面相互垂直的电解质支撑单气室固体氧化物燃料电池。

电极面相互垂直的电解质支撑单气室固体氧化物燃料电池，它由电解质支撑体、阳极和阴极组成，阳极和阴极分别固定在电解质支撑体相互垂直的两个面上。

本发明通过改变传统同面电池阴极与阳极在电解质上的分布，缩短电极间电流流动的路径，从而减小了电解质的欧姆阻抗，达到了提高了电池的输出性能的目的。

附图说明

图1是本发明具体实施方式一的结构示意图；图2是具体实施方式二中电解质支撑体为梯形台体的结构示意图；图3和图4是具体实施方式二中电解质支撑体为圆柱体的结构示意图；图5是具体实施方式一中在矩形电解质支撑体上形成串联电池组的示意图；图6是在具体实施方式一中所述在矩形电解质支撑体上，使用同面结构和电极面相互垂直结构形成串联电池组的示意图；图7是具体实施方式一中所述在梯形电解质支撑体上形成串联电池组的示意图；图8是具体实施方式一中所述在梯形电解质支撑体上使用同面结构和电极面相互垂直结构形成串联电池组的示意图；图9是具体实施方式一中所述在圆柱形电解质支撑体上形成串联电池组的示意图；图10 是本发明的电池的电流路径示意图；图11是传统的同面型电解质支撑固体氧化物燃料电池做燃料电池的电流路径示意图；图12是现有同面型固体燃料物燃料电池和电极面相互垂直的单气室固体氧化物燃料电池700^oC的阻抗谱；图13为现有同面型固体燃料物燃料电池和电极面相互垂直的单气室固体氧化物燃料电池放电曲线图。

具体实施方式

具体实施方式一、电极面相互垂直的电解质支撑单气室固体氧化物燃料电池，它由电解质支撑体、阳极和阴极组成，阳极和阴极分别固定在电解质支撑体相互垂直的两个面上。

本实施方式中的电池的制作工艺为：一、将电解质粉装入模具内，在10~2000MPa的压强下压制成方形坯体，并在1300℃~ 1500℃条件下烧结4h，即得到电解质支撑体1；二、将配制好的阳极浆料均匀涂覆于电解质的支撑体的一个平面上，在1150℃~1350℃条件下烧结2~4h，再将配制好的阴极浆料均匀涂覆于电解质支撑体的另一个与阳极所在平面垂直相交的平面上，在1000℃~1200℃条件下烧结2~4h，即得到本实施方式所述的电池。

本实施方式的结构更易于构造电池组，并且作为现有同面电池的有益补充，也可与共面结构在同一个电解质支撑体上混用，从而达到充分利用电解质块的表面积，构造结构更简单、紧凑的电池组的目的。

具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的电极面相互垂直的电解质支撑单气室固体氧化物燃料电池的区别在于，电解质支撑体1为长方体、圆柱体或台体。

本实施方式中的电解质支撑体1也可为梯形台体，电极分布如图2所示。

针对不同的电解质支撑体1条件下，具体构造电池组有如下形式：