[发明专利]一种管型固体氧化物燃料电池端部连接部件及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池，尤其涉及一种管型固体氧化物燃料电池端部连接部件及其应用。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种将燃料中的化学能清洁高效地直接转化为电能的发电装置，具有发电效率高、对多种燃料气体广泛适应以及余热利用价值高等优点。目前固体氧化物燃料电池主要包括板型和管型（这里管型包括圆管、扁管和其他任意截面的管）两大类。在管型固体氧化物燃料电池中，多个管型电池单元和管间连接部件通过一定方式排布形成电池电池管束。在电池管束的端部设置有导电端板，端板一方面起到固定和支撑电池管束的作用，另一方面可以电连接多个电池管束形成电池堆并可将电流导出。由于板型SOFC的发展时间长，其电池间连接部件（也称为连接体或双极板）和端板连接的技术已经发展成熟。相比之下，关于管型SOFC端部连接方式的专利很少。

大连化物所公开了一种阳极支撑管型SOFC的集电组件及其应用专利（CN102760896A）。在该专利中，连接部件和导电端板直接连接。在使用过程中发现，由于电池管、管间连接部件和导电端板之间存在热膨胀和温度差异，在启动和停机的过程中会出现电池管束内电池管和管间连接部件的分离以及电池管束和导电端板之间的分离。由于端板较厚、刚性较大，端板和电池管束之间的分离现象更为突出。

日本的Kyocera公司公开了一种扁管型SOFC的端部连接设计。为了加强导电端板和电池管束之间的有效电连接，在导电端板面向电池管束的一侧加工有多个相互平行的条带状集电片（专利JP2011029112A）。与简单的平面端板相比，这种结构能增加端板的有效集电面积，但是对热膨胀和温度差异引起的分离作用不大。此外，Kyocera公司还公开了另外一种端部连接方式，将端板加工成具有弯折起伏结构特征的弹性结构，可以吸收热膨胀变形、避免热膨胀和温度差异引起的分离（专利JP2011029112A和JP2011071131A）。然而该端板结构加工困难且只能用于薄板制成的端板，限制了导电端板的厚度。此外，由于端板的平面分割并加工成迂回曲折的形状，这一方面降低了端板的强度，另一方面使有效导电截面减小和传导路线增长，不利于端板内电流的传导。

美国的西门子-西屋公司公开了一种阴极支撑的圆管型SOFC端部连接方式（专利US20060035128A1）。为了降低高温对导电端板的影响，在导电端板和电池管束之间增加了U型弯曲，U型弯曲内放置绝缘绝热材料形成端部连接部件。但是该发明没有充分考虑热膨胀的吸收以及导电端板和连接部件的结合问题。

因此，有必要发展一种能够吸收热膨胀应力和应变、保持端板和电池管束之间良好接触的端部连接方式及部件，使之能同时满足以下几方面的要求：

（1）在高温下具有足够的强度，对电池管束起到固定和支撑的作用；

（2）具有良好导电性能，能电连接多个电池管束形成电池堆或者将电流引出电池堆；

（3）能够吸收热膨胀应力和应变、保持端板和电池管束之间良好接触；

（4）加工简易、造价低廉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够同时满足以上几方面要求的管型SOFC端部连接部件及其应用。

本发明的端部连接部件，包括导电端板和集电组件；其特征在于还包括：

用于固定所述集电组件的连接板，所述连接板固定于集电组件和弹性组件之间；

所述连接平板和集电组件上设置有贯通板体的孔洞或沟槽；

用于起缓冲作用的至少一个弹性组件；所述弹性组件设置于导电端板和连接板之间；所述弹性组件设置有两组或两组以上相互平行的平面，在两组或两组以上平面之间，设置有一种或一种以上的弯曲起伏的结构特征，作为吸收应力的弹性结构特征。

较厚的导电端板可以保证了较高的端部连接强度和较低的欧姆损失，其具体厚度可根据材料、工作温度和电池束尺寸而定。为了实现吸收热膨胀、保持端板和电池管束之间良好接触的目的，在导电端板面向电池管束的一侧设置有弹性组件。弹性组件上设置了两组或两组以上相互平行的平面，其中一组平面和导电端板相接，另有一组平面和连接平板相接。根据电池管束的尺寸特征和弹性组件的强度，在导电端板平行于SOFC的管型电池单元的轴向方向上可设置一个或一个以上的弹性组件，弹性组件和导电端板通过焊接或紧固件进行连接。

所述弯曲起伏的结构特征是圆弧、D形、S形、Z字形或其他任意弯曲形状中的一种或二种以上的组合。