[发明专利]自密封金属扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池结构

说明书

本发明提供了一种自密封的金属扁管支撑固体氧化物燃料电池/电解池及其电池堆结构，该结构包括：绝缘层和由金属材料制备的扁管式支撑体；绝缘层覆盖于扁管式支撑体的两平面上；绝缘层上分布有电池组，电池组由多个单电池通过连接体串联连接，形成U形形状；其中，电池组中的第一个单电池的集流层和最后一个单电池的集流层，均位于所述开口端，分别用于电流的引入与引出。本发明提供的金属扁管支撑体+绝缘层的设计，采用具有高热导率、低成本、高强度金属作为扁管支撑体，可显著提升电池启动速率、增加循环启动次数，为燃料电池的高效率、高稳定、快启动策略提供可行性方案。

技术领域

本发明涉及能源结构优化与固体氧化物燃料电池技术领域，特别是涉及一种自密封金属扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池结构。

背景技术

伴随着能源短缺和环境污染问题的日益严重，具有高能量转换效率和环境友好型的能量转换技术，有望取代传统的高能耗低产出的化石燃料燃烧发电设备。其中，固体氧化物燃料电池就是一种环境友好型的固态能量转换装置，可实现氢气、天然气以及其他碳氢燃料化学能向电能的转化过程。同时，还具有较高的能量转换效率和优异的燃料适应性。

目前，固体氧化物燃料电池的结构设计方式主要分为平板式与管式两种。平板式燃料电池结构易于设计，制备工艺简单，制造成本低，内阻小，电流路径短，功率密度大。但常面临密封条件苛刻问题，其原因在于电池组件边缘要求严格密封用于隔离燃气与空气，密封材料工作环境介于500-800℃，对材料本身的耐热性与抗氧化性成为其所面临的最大挑战。管式燃料电池结构是最早发展的一种方式，也是目前较为成熟的一种结构。管式燃料电池由于单端密封需求的特点，密封难度降低，可完全规避板式燃料电池在密封方面所面临的问题。同时，电池工作温度还可进一步提升，有利于电池输出更高的功率表现出更加稳定的性能。但是，其缺点在于管式燃料电池内部阴极侧电流传导路径较长、内阻损耗较大，电池启动时间长，结构抗热循环稳定性差，进而影响实际输出功率密度与输出效率，制备工艺复杂等。

因此，本领域迫切需要一种自密封的管式燃料电池结构以及更为便捷的制备工艺，满足市场对管式燃料电池的需求。

发明内容

本发明提供了一种自密封的金属扁管支撑固体氧化物燃料电池/电解池结构，解决了固体氧化物电池启动速率低，运行过程中内部损耗过大、电池效率降低等问题，也提供了一种简便的制备工艺实现了复杂气体流道成型容易和扁管燃料电池的快速生产。

第一方面，本发明提供一种自密封金属扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池结构，所述结构包括：绝缘层和由金属材料制备的扁管式支撑体；所述绝缘层是覆盖于所述扁管式支撑体的两平面上。

优选地，所述金属扁管支撑体包括：自密封端、开口端、气体流道、致密密封区以及疏松多孔区；

所述气体流道位于金属扁管内部；所述气体流道进出口均位于开口端；

所述疏松多孔区为所述扁管式支撑体中被所述绝缘层覆盖的部位；

所述致密密封区为所述扁管式支撑体中未被所述绝缘层覆盖的部位；

所述疏松多孔区、气体流道以及致密密封区为一体化成型。

优选地，所述金属扁管支撑体的材料为铁铬合金、纯铬或掺杂铬的混合金属；所述绝缘层为陶瓷材料，所述陶瓷材料包括：MgAl₂O₄、掺杂ZrO₂、CaTiO₃、ZrSiO₄、MgO中的一种或多种。

优选地，所述金属扁管支撑体是通过粉末压制成型或注浆成型再经烧结制备得到。

优选地，所述绝缘层上分布有电池组，所述电池组由多个单电池通过连接体串联连接，形成U形形状；

其中，所述电池组中的第一个单电池的集流层和最后一个单电池的集流层，均位于所述开口端，分别用于电流的引入与引出。