[发明专利]用于固体氧化物燃料电池的互连装置和包括该互连装置的燃料电池堆

说明书

用于紧凑型固体氧化物燃料电池的互连装置和包括该互连装置的燃料电池堆。所述互连装置包括主体，所述主体具有在所述主体的不同侧上的第一界面表面和第二界面表面，其中第一界面表面包括至少一个阳极排气输入和离所述至少一个阳极排气输入一定距离处的至少一个阴极排气输入，其中第二界面表面包括至少一个燃料供应端口和离所述至少一个燃料供应端口一定距离处的至少一个空气供应端口，其中所述至少一个阳极排气输入与所述至少一个燃料供应端口和/或被布置在离所述第一界面表面和所述第二界面表面一定距离处的至少一个阳极排气出口流体连通，其中所述至少一个阴极排气输入与所述至少一个空气供应端口和/或被布置在离所述第一界面表面和所述第二界面表面一定距离处的至少一个阴极排气出口流体连通，其中至少一个第一电端口被布置在所述至少一个阴极排气输入处或中并能够从所述第一界面表面连接，其中至少一个第二电端口被布置在所述至少一个燃料供应端口处或中并能够从所述第二界面表面连接，并且其中所述至少一个第一电端口电连接到所述至少一个第二电端口。

技术领域

本发明涉及一种用于固体氧化物燃料电池的互连装置，一种包括多个固体氧化物燃料电池和至少一个这样的互连装置的燃料电池堆，以及一种具有至少一个燃料电池堆的交通工具。

背景技术

固体氧化物燃料电池在大约650℃至1000℃的高温下运行。电解质由固体和气密陶瓷材料组成，其能够传导氧离子，但与电子绝缘。多个固体氧化物燃料电池可以组合以形成燃料电池堆，其中，双极板被布置在连续的燃料电池之间。双极板附接到燃料电池之一的阳极和相邻燃料电池的阴极。

在燃料电池堆中，氢气通过第一双极板的气体通道进入并到达与第一双极板接触的燃料电池的阳极。在同一燃料电池的阴极处，通过与燃料电池的阴极接触的第二双极板的气体通道供应空气或氧气。在燃料电池工作过程中，氧离子穿过电解质，电子从阳极移动进入到双极板中，以进一步进入到相邻的电池中。通过经由布置在一系列燃料电池之间的双极板连接该一系列燃料电池，形成燃料电池堆。电路可以连接到燃料电池堆，以使用所产生的电压并维持燃料电池工作过程。在普通的燃料电池堆中，多余的氢(没有在各个阳极处转换)、多余的空气和反应水离开对应的双极板。

双极板满足多种不同的功能。双极板通过其气体通道(也称为流场)来分配进入的反应物，即氢和空气/氧。它们携带压缩压力，这是由于燃料电池堆通常被置于压缩下，以便确保电极与双极板之间的低接触电阻。所述气体分配通道通过局部去除材料来提供，因而，剩余材料经受更大的应力。双极板还电连接到燃料电池并收集其中产生的电流。更进一步，通过电化学反应在燃料电池中产生的热被双极板接收，并且可以通过其导热性或例如通过另外的冷却通道被输送出燃料电池。通常，从双极板的中心向外边界出现温度梯度。

通常由金属材料生产双极板。在燃料电池堆中产生的电流由此在双极板内沿垂直方向转移到平面电池区域，这使得能够高效地收集电流，因为可以使用具有低欧姆电子电阻的相对大的区域。该构思已知是用于固定发电应用的有前途的解决方案。虽然平面构思提供了低电流收集损耗，但是平面双极板在平面堆叠中提供了最重的部分。例如，双极板可能占平面堆叠总重量的70％。

发明内容

紧凑型固体氧化物燃料电池(SOFC)可以包括示例性的长方体燃料电池块，其包括延伸穿过燃料电池块的阳极通道和阴极通道。阳极通道可以包括周向涂层，其构成阳极。类似地，阴极通道可以包括阴极涂层，其构成对应的阴极。这样的燃料电池块可以由陶瓷材料制成，并且燃料电池通过阳极通道和阴极通道的成对组合来制造。

这种紧凑型SOFC的挑战在于，双极板，诸如用于二维燃料电池是不适合的。在这种情况下，单片电池设计提供了主要的优化潜力，这是因为双极板不是强制实施的，既不是为了燃料电池与燃料和空气气体通道的分离，也不是为了电流收集。这些构思是已知的，以利用在电池的轴向方向上沿电极的平面内截面的电流收集。因而，电极内电流收集的短距离是强制的，以减少电流收集的欧姆损耗。电串联连接的紧凑型SOFC的布置是本发明的期望方法，以保持低电流收集损耗。为紧凑型SOFC提供电压和电流收集，像单片构思一样，需要另一互连装置。