[发明专利]双金属集流元件及具有该双金属集流元件的燃料电池装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年12月28日提交的、名称为“Bimetal Current Collecting Member and Fuel Cell Apparatus With The Same”的韩国专利申请No.10-2011-0144763的优先权，该申请的全部内容作为参考被结合于此。

技术领域

本发明涉及一种双金属集流元件及具有该双金属集流元件的燃料电池装置。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）使用具有氧离子电导率或氢离子电导率的固体氧化物作为电解质，能够在700至1000℃的高温下运行。

固体氧化物燃料电池的元件由固体构成，因此与其他燃料电池相比具有更简单的结构，不会有电解质的损失、补充和腐蚀的问题，并且在没有贵金属催化剂的情况下通过直接的内部重组促进燃料供给。此外，固体氧化物燃料电池释放高温气体，因此可以利用余热形成热电联产。

基于以上优点，美国、日本等发达国家积极开展了以商业化为目的的固体氧化物燃料电池的研究。

如韩国专利公开号2010-0007862（2010年1月22日公布）中所述，现有技术中的固体氧化物燃料电池包括具有高氧离子电导率的致密电解质层，和位于该电解质层两侧的多孔阴极层和阳极层。根据其工作原理，氧气穿透多孔阴极层抵达电解质的表面，通过氧气的还原反应产生的氧离子通过致密电解质层移动到阳极，然后与供应到多孔阳极的氢气反应，从而生成水。这样，电子在阳极产生并在阴极消耗，因此两电极相连产生电能。

为了实际使用通过该工作原理产生的电能，需要预定的电压和电流值，因此整个系统构成为包或堆，其中使用连接体和集流体将多个单体电池通过串联或者并联的方式彼此连接。

为了收集每个电池中产生的电能，现有技术中使用了如下方法：1、在电池的电极外部缠绕高导线（高导电率线材，high conductive wire）的绕线方法，2、使用LaCrO₃基陶瓷连接体材料连接集流体和电池，以便在燃料电池的外部形成连接体的方法，3、使用多孔集流元件或类似元件的方法。

首先，绕线方法是一种通过在电极外部缠绕高导线（高导电率线材，high conductive wire）来收集电能的方法。在此方法中，电能通过导线和电极之间的接触来收集。在此方法中，当电极和导线之间的接触面积增加时，可以提高电能收集效率，因此，更密集的缠绕细线是有利的。

然而，在这种情况下，在固体氧化物燃料电池的工作温度下，由于热膨胀的存在，导致线的强度下降、硬度减小、、接触阻抗增加，并且线的长度也会增加。

其次，使用连接体的方法是一种在电池间使用动物毛皮或网状物的方法。在此方法中，为了收集来自于阴极和阳极这种外部电极产生的电能，将由陶瓷油膏（ceramic paste）形成的集流体应用到外部电极上。然而，这种由陶瓷油膏形成的集流体具有优良的耐久性，但是其导电性低于金属，因此集流效率低。

最后，在使用多孔集流元件的方法中，因为由金属形成的多孔集流元件具有良好的抗氧化性和导电性，相比绕线方法，在多孔集流元件与电极之间的接触点开始增加而电流移动路径开始减少，因此集流阻抗减小。

然而，因为该多孔集流元件由金属构成，在固体氧化物燃料电池很高的工作温度下，电极和集流元件之间的接触会减少。

发明内容

本发明致力于提供一种即使在固体氧化物燃料电池的高运行温度下也能够改善电极与集流元件之间接触的双金属集电元件。

此外，本发明致力于提供一种具有上述双金属集电元件的燃料电池装置。

根据本发明一种优选实施方式，提供一种双金属集流元件，该双金属集流元件包括：内金属板，该内金属板与围绕燃料电池外表面的集流元件相接合；以及外金属板，该外金属板的热膨胀系数高于所述内金属板的热膨胀系数，且该外金属板设置在所述内金属板的外表面上。

根据集流元件的外形，内金属板可以具有多边形横截面。

所述集流元件可以由动物毛皮或网状物形成，所述内金属板可以具有环绕该集流元件的C型横截面。

所述集流元件可以是由金属泡沫或金属纤维形成的多孔元件，所述内金属板可以具有围绕该集流元件的弯曲横截面。

所述内金属板可以由铬基合金或铁素体不锈钢形成，所述外金属板可以由奥氏体不锈钢或铁镍铬基合金形成。