[发明专利]燃料电池旁路二极管结构和附接方法

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2011年6月9日提交之美国临时专利申请案第61/494,937号之优先权，所述临时专利申请案是以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

背景技术

燃料电池是可高效率地将存储在燃料中的能量转化成电能的电化学装置。高温燃料电池包括固体氧化物和熔融碳酸盐燃料电池。这些燃料电池可使用氢气和/或烃燃料操作。存在各类燃料电池，诸如还允许可逆操作的固体氧化物可逆燃料电池，如此可将水或其它氧化燃料还原成使用电能作为输入的未氧化燃料。

在高温燃料电池系统(诸如固体氧化物燃料电池(SOFC)系统)中，氧化流流经燃料电池的阴极侧，而燃料流流经燃料电池的阳极侧。氧化流典型地为空气，而燃料流典型地为通过重整烃燃料源所形成的富氢气体。在750℃与950℃之间的典型温度下操作的燃料电池能够使带负电荷的氧离子从阴极流束传送到阳极流束，其中所述离子与游离氢或与烃分子中的氢结合形成水蒸气和/或与一氧化碳结合形成二氧化碳。带负电离子的过量电子经由阳极与阴极之间完成的电路返回到燃料电池的阴极侧，从而产生流经电路的电流。

燃料电池堆叠可在内部或外部配备供燃料和空气用的歧管。在内部配备歧管的堆叠中，使用容纳于所述堆叠内的立管将燃料和空气分配到每一电池。换句话说，气体流经每一燃料电池支撑层(诸如电解质层)的开口或孔和每一电池的气体分离器。在外部配备歧管的堆叠中，所述堆叠在燃料和空气入口和出口侧上是敞开的，且燃料和空气是独立于堆叠硬件而引入和收集的。举例来说，入口和出口燃料和空气在堆叠与歧管外壳(所述堆叠位于其中)之间的单独通道中流动。

燃料电池堆叠常由许多呈平面元件、管或其它几何结构形式的电池构建而成。必须将燃料和空气提供到电化学活性表面，所述电化学活性表面可以是大型的。燃料电池堆叠的一个组件为所谓的气流分离器(在平面堆叠中称为气流分离板)，其分离所述堆叠中的个别电池。气流分离板将流向堆叠中一个电池的燃料电极(即阳极)的燃料(诸如氢气或烃燃料)与流向堆叠中相邻电池的空气电极(即阴极)的氧化剂(诸如空气)分离。气流分离板还常用作将一个电池的燃料电极电连接到相邻电池的空气电极的互连件。在此情况下，充当互连件的气流分离板由导电材料制成或含有导电材料。

当燃料电池失效时，其电阻变大。就SOFC堆叠来说，可继续所述堆叠的操作，但是由失效电池所形成的跨电阻接口的电压降愈加消耗所述堆叠的电压。旁路二极管已被用于燃料电池系统使电流绕过损坏的燃料电池，但是这些二极管已被安置在燃料电池块或热区外。确切地说，为避免二极管的化学降解和热降解，所述二极管已被定位于所述系统在大于约600℃的温度下操作的热箱部分外。跨接线已被用于将燃料电池连接到位于燃料电池块外的二极管。

发明内容

各种实施例提供燃料电池系统，包括在热区中的燃料电池堆叠，所述燃料电池堆叠包括多个燃料电池和多个互连板；和包括多个旁路装置的模块，所述模块附接到所述燃料电池堆叠且位于所述热区中。

附图说明

并入本文且构成部分本说明书的附图说明本发明的示范性实施例，且连同上文给出的发明内容和下文给出的具体实施方式一起用以阐释本发明的特征。

图1A和1B为燃料电池堆叠和旁路模块的结构侧视图。

图2A为具有突起的燃料电池堆叠的结构图。

图2B为塑形成具有凹口的旁路模块的结构图。

图2C为图2B的旁路模块附接到图2A的燃料电池堆叠的结构图。

图2D为替代旁路模块附接到图2A的燃料电池堆叠的结构图。

图3A为根据一个替代实施例具有突起的燃料电池堆叠的结构图。

图3B为根据一个替代实施例塑形成具有凹口的旁路模块的结构图。

图3C为图3B的旁路模块附接到图3A的燃料电池堆叠的结构图。

图3D为替代旁路模块附接到图3A的燃料电池堆叠的结构图。

图4A为具有突起的旁路模块附接到具有凹口的燃料电池堆叠的结构图。

图4B、4C和4D为具有开口的替代旁路模块附接到具有突起的燃料电池堆叠的结构图。

图5为旁路模块与互连件的弹簧连接的示意图。

图6为根据一个替代实施例的燃料电池堆叠和具有传感器的旁路模块的结构侧视图。

图7为根据另一个替代实施例的燃料电池堆叠和具有替代传感器的旁路模块的结构侧视图。