[发明专利]泡沫金属支撑的自呼吸式固体氧化物燃料电池堆

说明书

本发明提供了一种泡沫金属支撑的自呼吸式固体氧化物燃料电池堆，能够提高电池单元的机械强度，降低固体氧化物燃料电池堆的体积和成本；还能够促进阳极的电化学反应进行，提高电池片的功率密度。本发明提供了一种固体氧化物燃料电池堆，包括：第一端板、第二端板以及设置在第一端板和第二端板之间的多个堆叠的电池单元，其中，电池单元包括：双极板，由阴极板和阳极板桥联构成，两个相邻的双极板之间形成夹持结构；电池片，内置于夹持结构；泡沫金属，阳极板和电池片分别贴合于泡沫金属的两侧，阴极板形成为具有多个通气孔的凹台结构。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种以泡沫金属作为支撑的自呼吸式固体氧化物燃料电池堆。

背景技术

燃料电池是一种广泛应用的能量转换装置，不仅能够将燃料气(如氢气、一氧化碳、甲醇等)中的化学能高效转化成电能和热能，还减少了二氧化碳和污染物的排放以及水的使用。固体氧化物燃料电池更是凭借其较高的操作温度，具有其他燃料电池所不具备的良好的热力学和反应动力学条件，使得大规模站点式和小型便携式的固体氧化物燃料电池都具备广阔的应用前景，但是由于传统的固体氧化物燃料电池存在电池单元的成本较高以及长时间使用耐久性能较差等问题，其应用受到了很大的限制。

近年来，金属支撑的固体氧化物燃料电池以其出色的鲁棒性、氧化还原及热力循环承受能力以及与传统阳极支撑和电解质支撑的固体氧化物燃料电池相比更低的制作成本受到了广泛的研究和关注。固体氧化物燃料电池的金属基底不仅起到支撑电池的作用，阳极一侧的气体流道也分布在金属基底上。但是由于金属支撑的密度和硬度较高，不易形变的特性，固体氧化物燃料电池阳极与金属基底的接触性能不佳，并且金属支撑无法吸收消纳电池在反应中的热膨胀体积。

另外，现有的固体氧化物燃料电池堆普遍体积大且较为笨重，需要一系列的辅助设备支撑其正常运行，而这些辅助设备，例如气泵，不仅大大的增加了固体氧化物燃料电池堆的体积，还增加了固体氧化物燃料电池堆的安装和维修成本。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种泡沫金属支撑的自呼吸式固体氧化物燃料电池堆，能够降低固体氧化物燃料电池堆的体积和成本，提高固体氧化物燃料电池堆的启停性能、燃料适应性以及使用寿命，还能够提高固体氧化物燃料电池堆整体的体积功率密度。

本发明提供了一种泡沫金属支撑的自呼吸式固体氧化物燃料电池堆，包括：第一端板、第二端板以及设置在第一端板和第二端板之间的多个堆叠的电池单元，其中，电池单元包括：双极板，由阴极板和阳极板桥联构成，两个相邻的双极板之间形成夹持结构；电池片内置于夹持结构；泡沫金属，阳极板和电池片的活性阳极层分别贴合于泡沫金属的两侧，阴极板形成为具有多个通气孔的凹台结构。

根据该技术方案，首先，采用泡沫金属作为固体氧化物燃料电池的支撑结构可以显著降低电池单元的制造成本，泡沫金属材料具备优异的热导率、电导率和热应力吸收能力，不仅是固体氧化物燃料电池理想的支撑、集电导电材料，还可以提高固体氧化物燃料电池的耐用性，泡沫金属的多孔结构还能够促进燃料气快速传输以及扩展三相反应界面的表面积，促进阳极的电化学反应进行，提高电池片的功率密度。

阴极板形成为具有通气孔的凹台结构，从而空气能够由通气孔进入夹持结构内直接与电池片的阴极接触，无需另外设置阴极气体流道，可以减少固体氧化物燃料电池堆中的流道布置以及双极板表面精细流道的加工，降低固体氧化物燃料电池结构的复杂性，降低固体氧化物燃料电池的加工难度和成本，减少固体氧化物燃料电池辅助设备的使用，降低固体氧化物燃料电池堆的体积及安装成本。

另外，将多个电池单元堆叠后采用端板夹持组合形成的电池堆，更便于依据输出功率变化的增加或减少电池单元时的拆卸和组装。

作为本发明优选的技术方案，电池片设置于阴极板的凹部内，多个通气孔开设于凹部。

根据该技术方案，将电池片内置于阴极板的凹部，并且在凹部对应设置通气孔，能够扩大电池片与空气的接触面积，增加电池片通过通气孔与外部空气进行自呼吸的效率。