[实用新型]一种基于单片电解质的固体氧化物燃料电池组

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃料电池，特别是一种固体氧化物燃料电池组，具体是一种基于单片电解质的固体氧化物燃料电池组。 

背景技术

燃料电池是一种高效地将燃料的化学能转换成电能的新型发电装置，是一种理想的分布式发电技术。在各种燃料电池中，固体氧化物燃料电池(SOFC)技术是最近几年发展起来的高新技术，它在较高温度下(600℃‐800℃)工作，具有效率高、使用燃料范围广、高质量的余热可用于驱动燃气轮机从而进一步提高发电效率、能实现热电联用(CHP)等优势，可望在电站、分布式电源等方面得到广泛应用，被公认为21世纪的绿色能源技术。 

SOFC是一种陶瓷燃料电池，它由能够传导氧离子的致密电解质和具有电催化性能的多孔电极组成。SOFC单电池的结构可以分为电极支撑型和电解质支撑型。电极支撑型SOFC的电池组件中，阳极或阴极材料均为多孔结构，其厚度为0.5‐3mm,电解质是附着在阳极或阴极支撑体上的致密膜，厚度一般为10‐20μm。电极支撑型SOFC由于电解质薄，欧姆电阻小，因而具有较高的功率输出，但是，阴极支撑型的SOFC难以制备并且阴极极化电阻过大；而阳极支撑型SOFC中，由于传统阳极材料Ni‐YSZ在制备和使用过程中要经历Ni的氧化和还原过程，造成阳极体积变化，产生应力，使电池容易破碎；因此，采用电极支撑结构的大规模平板式SOFC电堆的运行均不太成功。电解质支撑型SOFC中，电解质厚度约为0.3mm，阳极和阴极均为多孔膜，分别位于电解质的两面，具有较高的稳定性和经济性，同时，在制备过程中，电解质支撑型SOFC能够避免电极材料的高温烧结，从而扩宽了电极材料的选择范围。此外，平板电解质支撑型SOFC的制备容易实现，可采用成熟的片式电容器生产工艺大批量制备电解质片，采用丝网印刷技术制备电极膜。目前国际上运行成功的大型平板式SOFC电堆均采用电解质支撑型结构。例如美国的Bloom Energy公司开发的200KW的SOFC电堆和澳大利亚的Ceramic Fuel Cells Limited千瓦级SOFC CHP系统全部采用平板式SOFC结构。 

传统的平板型SOFC电堆采用单片电池为单元，即在单片电解质的两面分别制备阴极和阳极，只构成一个单电池，理论上该单片电池的最大电压才为1V，这种结构使得在高电压 应用方面受到限制。当将其组装成电池组时，需要通过双极板集流体将各单电池串联起来，但是双极板的使用使得密封效果不好。同时，双极板的使用也会带来一系列问题：(1)双极板材料一般采用金属或陶瓷，为达到一定的机械强度，需要足够的厚度，这就造成双极板在SOFC电堆中占有很大比例；(2)双极板需要有效地采集各单电池的电荷，对单电池和双极板的平整度要求非常高，从而增加了加工成本；(3)双极板还承担隔离氧化剂气体和燃料气体的作用，对其气道的设计加工要求很高，使得双极板的成本可占到SOFC电堆的75％。同时，由于单电池尺寸过大使得电流的行进路径过长，给固体氧化物燃料电池带来电荷收集困难的问题。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种输出电压和功率密度高，密封性好，电流收集方便的基于单片电解质的固体氧化物燃料电池组。 

本实用新型提出一种单片电解质SOFC电池组的设计，在电解质片的一面上间隔地设有多个阴极膜，在电解质片的另一面上间隔的设有多个阳极膜，阳极膜和阴极膜通过连接体穿过连接孔实现电池组的串联，同时解决了电池的密封问题。连接体是一种电子导电材料，通过电解质上的连接孔将电解质两侧电极相连，实现电池的串联，同时起到密封小孔的作用。相对于传统单片电池为单元的结构，能够得到更高的输出电压和功率密度，并且避免了使用双极板带来的问题。本实用新型在一个电解质片上制备多个单电池，缩短了电流的行进路径从而解决了电流收集的难题。本实用新型单片电解质电池组，能够在单片电解质上得到多节串联的电池组，特别适合小型应用。这种单片电池组还能够采用成熟工艺大批生产，具有明显的成本优势。 

本实用新型的目的通过如下技术方案实现： 

一种基于单片电解质的固体氧化物燃料电池组，包括电解质片、阴极膜、阳极膜和连接体，在电解质片的一面上间隔地设有多个阴极膜，在电解质片的另一面上间隔的设有多个阳极膜，阴极膜和阳极膜形状大小相同，相对设置，在相邻两个阴极膜或阳极膜的电解质片上设有连接孔，连接体穿过连接孔，连接体一端连接电解质片一面的阴极膜，另一端连接电解质片另一面的阳极膜，形成串联连接；连接体采用金属银或者铬酸镧陶瓷材料；相邻阴极膜或者阳极膜之间的距离为1‐5mm。