[发明专利]一种采用部分逆流气流分配的固体氧化物燃料电池电堆

说明书

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，公开了一种采用部分逆流气流分配的固体氧化物燃料电池电堆，其包括若干间隔堆叠的电池板和连接体，所述电池板包括电解质和分别设于所述电解质的两侧的阳极、阴极；所述连接体在与所述电池板的阳极接触的一侧设置有用于流通燃气的第一气道，所述连接体在与所述电池板的阴极接触的一侧设置有用于流通空气的第二气道，所述第一气道与所述第二气道的位置相对设置；相邻的两块所述连接体的第一气道中的燃气的流动方向相反，所有所述连接体的第二气道中的空气的流动方向相同。该电堆设计能够减小电池区域温度梯度和因温差引起的热应力，提高电效率，提高电堆的可靠性。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，特别是涉及一种采用部分逆流气流分配的固体氧化物燃料电池电堆。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态电化学发电装置，无卡诺循环且高效率，同时其产物为二氧化碳和水，是一种低排放的绿色能源发电方式，非常具有应用前景。

SOFC单电池通常由阳极、电解质和阴极组成，由于单片单电池仅能实现较小功率输出，无法满足实际工况的应用，因此通常将单电池片堆叠成SOFC电堆以实现较高的功率输出，从而满足实际应用。商业化的电堆设计方案主要包括管状式和平板式电堆设计，管状式电堆功率密度低、电效率低，而平板式电堆设计能实现较高电效率、系统效率、燃料利用率等，因此后者被更广泛采用。

平板式电堆通过连接体来实现电堆的堆叠，连接体上设计有气流通道为电池活化区域提供燃料及氧化气体，比较常见的气流分配方式为同流(co-flow)、错流(cross-flow)、逆流(counter-flow)等单一气流分配方案。但是，这些气流分配方案都存在不同程度的缺点：

(1)采用同流(co-flow)设计方案的电堆，电池整体出口区域温度较高，电池活化区区域面积不能有效增大，尤其是气体进、出气方向电池尺寸不能做大，否则会形成较大的温度梯度(dT)，导致封料及电池区域因温差较大而承受较大的应力，同时电堆电效率不能最优化。

(2)采用错流(cross-flow)设计方案，虽然电堆设计及密封方式更加简单，但是燃气和空气气流出口交汇处电池温度较高，较大的dT严重影响电池及电堆的可靠性，另一方面，电池区域存在温度过高区域会导致电流密度分布不均匀，加速电堆的衰减。

(3)采用逆流(counter-flow)设计方案，虽然电池进、出口区域温度梯度较小且电池区域温度分布相对较均匀，但电池区域整体温度较高，电池区域与金属连接体空气进口温度差距较大，导致空气进口位置承受较大的热应力，严重影响电堆的可靠性。

因此，如何对固体氧化物燃料电池电堆的气流分配方式进行优化，以减小电池区域温度梯度和热应力，提高电效率和电堆的可靠性，是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用部分逆流气流分配的固体氧化物燃料电池电堆，其能够减小电池区域温度梯度和和因温差引起的热应力，提高电效率，提高电堆的可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种采用部分逆流气流分配的固体氧化物燃料电池电堆，其包括若干间隔堆叠的电池板和连接体，所述电池板包括电解质和分别设于所述电解质的两侧的阳极、阴极；

所述连接体在与所述电池板的阳极接触的一侧设置有用于流通燃气的第一气道，所述连接体在与所述电池板的阴极接触的一侧设置有用于流通空气的第二气道，所述第一气道与所述第二气道的位置相对设置；

相邻的两块所述连接体的第一气道中的燃气的流动方向相反，所有所述连接体的第二气道中的空气的流动方向相同。

作为优选方案，所述连接体具有若干平行设置的所述第一气道，所述连接体具有若干平行设置的第二气道。