[发明专利]大面积平板型固体氧化物燃料电池温度场分布的测量装置

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种直接测量燃料电池，尤其是大面积平板型固体氧化物燃料电池温度场分布的装置及其组装与操作方法。

背景技术

作为一种清洁高效的能源转换装置，固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）以其全固态组件，无腐蚀、无泄漏，高温运行，燃料适用性强，便于热电联用（效率可高达70～80%）等优点，引起了世界各国的广泛关注，成为当今燃料电池研究的重点和热点。在实际应用中，为了达到较大电流和电压，通常会将SOFC单电池通过一定的方式串联或者并联起来，组装为SOFC电堆。与其它结构的固体氧化物燃料电池相比，平板式固体氧化物燃料电池能量密度高，内阻损失小；结构灵活，气体流通方式多；部件分别制备，工艺简便、多样；组元分开组装，质量容易控制。

在SOFC电堆中，由于气流分布和电流输出的影响，电池单元温度往往出现分布的不均匀性，从而导致热应力的变化，使电池膜片出现破裂、分层和电池堆的性能输出急剧下降等现象。因此，对电池堆内的温度场分布进行研究，对研究电堆性能衰减机制、保持电堆安全运行是十分重要的。尤其是SOFC电堆启动、停机、改变工况等瞬态过程中温度场的变化等，由于过去研究得少，对电池堆的实际运行又很重要，更加值得关注。

目前各国科学家对于SOFC的温度场分布一般仅限于理论模拟和计算，而由于布设热电偶容易受到电堆密封材料的限制，因此运行中的SOFC温度场的实际测量较少。燕希强等人在专利CN101158607A中利用铜丝漆包线和康铜丝漆包线制备成微型热电偶测量质子交换膜燃料电池内部的温度场，但是这些方法加工困难、成本高，很难应用于高温运行的固体氧化物燃料电池，志村重辅等人在专利CN101904035A中利用固定构件的电阻值检测装置测量直接甲醇燃料电池的温度，但该法仅测量整个电池的平均温度，而不能反映温度场的分布。

发明内容

本发明的目的在于克服现有理论模拟计算技术的不足，提供一种可行的测定平板型固体氧化物燃料电池温度场分布的测量装置及其组装与操作方法。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种直接测量大面积平板型固体氧化物燃料电池温度场分布的测量装置，包括：进出气单元，所述进出气单元包括夹着电池设置的一对大面积金属板，所述金属板设置有多个气体通道以形成进气管道和出气管道；位于所述一对大面积金属板之间，用于分配气流的流道分布单元；位于所述一对大面积金属板之间用于收集所述电池的电流的电流收集单元；以及设置于所述一对大面积金属板中的至少一个大面积金属板上的用于采集电池的温度的温度采集单元。

本发明是利用金属连接体材料的导热和导电性，表征各种流场设计下实际运行中的电池上的温度场分布，简单易操作，并能接合气体流量和电流大小因素，验证流场设计，为固体氧化物燃料电池的成堆和实际应用提供设计依据。

较佳地，所述金属板中的至少一个金属板上可设置有多个孔道，所述温度采集单元可为位于所述多个孔道中的多个热电偶。更优选地，所述多个孔道底部可距离所述电池的表面2～3mm。

较佳地，所述流道分布单元可包括位置可动的多个导流条以模拟不同的流场设计。所述导流条可由不锈钢材料制成，例如SUS430S、US320、Crofer22等。

较佳地，所述电流收集单元包括位于所述电池的阳极面上的泡沫镍、位于所述电池的阴极面上的银网以及焊接在所述金属板上的银导线。

较佳地，所述金属板由不锈钢材料制成，例如SUS430S、US320、Crofer22等。

较佳地，在所述电池和金属板之间还可设置密封材料。所述密封材料填充于所述金属板和所述单电池之间，达到密封和绝缘的效果。优选地，可采用典型的绝缘密封材料如玻璃、云母等。

较佳地，本发明的测量装置还可包括与所述温度采集单元连接的用于动态记录采集的温度的多通道记录仪。

相对于理论计算和模拟，本发明的有益效果主要表现在以下几个方面：

（1）直观：本测量装置可直观测量和显示大面积电池在不同流场设计、不同操作条件下的温度分布，可对理论计算结果进行有效补充；

（2）真实：直接将热电偶置于接近电池表面的区域，比较接近真实的温度场分布情况；

（3）容易实现：通过金属板材的可加工性，避免了大量热电偶的布设给电池密封带来的难题。

附图说明

图1为根据本发明的大面积平板型固体氧化物燃料电池温度场分布的测量装置的结构示意图；