[发明专利]一种高度热整合的热管型固体氧化物燃料电池

说明书

本发明涉及燃料电池。该燃料电池包括：芯体，所述芯体为固体氧化物燃料电池芯，所述固体氧化物燃料电池芯包括阳极层、阴极层和电解质；金属元件，所述金属元件设置在所述芯体的外表面；导热元件，所述导热元件设置在所述金属元件的外表面；其中，所述阳极层与所述金属元件相接。该燃料电池可以尽可能地避免燃料电池局部高温的出现，及时降低温度梯度，实现良好的温度均匀性，延长燃料电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体地，本发明涉及燃料电池及其应用，更具体地，本发明涉及燃料电池以及发电设备。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种清洁高效的发电装置，可以在高温(600-1000℃)将燃料的化学能直接转化为电能，在小型发电设备、便携式移动电源以及分布式热电联供系统中极具应用前景。

然而，性质更优的固体氧化物燃料电池还需进一步改进。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：

在固体氧化物燃料电池(SOFC)工作过程中，由于局部反应剧烈或其他一些因素，很容易出现温度梯度或局部高温的问题，长时间温度梯度的存在很容易给燃料电池内部带来热应力问题，局部高温也可能导致局部区域电极多孔结构烧结、集流体融化等现象的出现。目前，实际应用中是采用向阴极通入过量的空气来防止上述问题的出现，但过量空气的通入意味着需要更大的风机，带来更大的能耗；而对于学者来说，大多是从改进燃料电池的材料的角度入手以期解决这个问题。基于上述问题的发现，发明人进行了大量的研究，从热能工程的角度，对燃料电池的结构进行了改进，研发出了一种具有新型结构的固体氧化物燃料电池。发明人惊喜地发现，该燃料电池可以减少SOFC内部热应力和失效概率，从而尽可能地避免电池局部高温的出现，及时降低温度梯度，实现良好的温度均匀性，延长燃料电池的使用寿命。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种燃料电池。根据本发明的实施例，所述燃料电池包括：芯体，所述芯体为固体氧化物燃料电池芯，所述固体氧化物燃料电池芯包括阳极层、阴极层和电解质；金属元件，所述金属元件设置在所述芯体的外表面；导热元件，所述导热元件设置在所述金属元件的外表面；其中，所述阳极层与所述金属元件相接。根据本发明实施例的燃料电池，可以尽可能地避免电池局部高温的出现，及时降低温度梯度，实现良好的温度均匀性，延长电池的使用寿命。

根据本发明的实施例，上述燃料电池还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：

根据本发明的实施例，所述金属元件为泡沫金属。发明人发现，所述泡沫金属将所述固体氧化物燃料电池芯与导热元件集成为一个整体，便于组成大规模组，结构简单，无需高温密封，便于测试和组装，同时，所述泡沫金属一方面还起到阳极集流的作用，另一方面所述泡沫金属的孔隙率高，其间隙为燃料电池提供了阳极流道，进而，该电池可以尽可能地避免电池局部高温的出现，及时降低温度梯度，实现良好的温度均匀性，延长电池的使用寿命。

根据本发明的实施例，所述泡沫金属包括选自泡沫镍、泡沫铜、泡沫合金的至少之一。发明人发现，所述泡沫金属的阳极集流效果更优，同时所述泡沫金属的孔隙率更高，其间隙为燃料电池提供的阳极流道更宽，进而，该燃料电池可以进一步避免电池局部高温的出现，及时降低温度梯度，电池温度更加均匀，电池的使用寿命更长。

根据本发明的实施例，所述导热元件为管状，所述导热元件包括：壳体，所述壳体内限定出导热介质的容纳空间；导热介质，所述导热介质设置在所述容纳空间中；吸液芯，所述吸引芯设置在所述壳体的内侧壁。发明人发现，所述导热元件可以将电池高温区大量多余的热量快速传导至低温区，进而，该电池可以尽可能地避免电池局部高温的出现，及时降低温度梯度，实现良好的温度均匀性，延长电池的使用寿命。