一种固体氧化物燃料电池堆的制作方法

1.本实用新型涉及固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池堆。


背景技术：

2.固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，sofc)发电系统是一种高效的能源转化装置，能将天然气、氢气、合成气等燃料中的化学能直接转化为电能，是一种可用于构建分布式发电系统的新型能源转化装置，具有很好的商业应用前景。
3.电池堆是sofc发电系统的核心部件，由多个电池片以及相应的附件组成，电化学转化在电池堆中完成，电池堆阵列的设计是sofc发电系统设计的关键之一。
4.例如，本申请人的申请号为202020012854.2(公告号为cn211125829u)的中国实用新型专利公开了《一种固体氧化物燃料电池堆》，该固体氧化物燃料电池堆包括至少一个模块化的电池堆基本单元，模块化的电池堆基本单元含有若干个单电池封接单元，每个单电池封接单元包括由下至上依次设置的封接支撑板、单电池和封接盖板，单电池封接单元之间通过连接件上下堆叠连接，连接件的两面分别设有阳极气体流道和阴极气体流道，连接件的两面边缘涂敷有用于密封连接的密封胶，模块化的电池堆基本单元的最顶部和最底部分别设有顶盖板和底盖板，顶盖板面对单电池的一侧含有阴极气体流道，另一侧是光面，底盖板面对单电池的一侧含有阳极气体流道，另一侧是光面。该燃料电池堆结构合理，通过采用模块化的基本电池堆单元组装电池堆，不仅电池密封性好，长期运行稳定，而且电池堆制造过程更加标准化，质量更加可控。
5.但是，实践发现，上述专利中的固体氧化物燃料电池堆在放电过程中，相比其它位置的单电池，与顶盖板相邻的单电池封接单元中的单电池在经过一段时间后其电压降幅较大而不能较长时间保持高电压，从而影响整个固体氧化物燃料电池堆的性能。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种使与顶盖板相邻的单电池封接单元中的单电池能较长时间保持高电压的固体氧化物燃料电池堆。
7.本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种固体氧化物燃料电池堆，包括至少一个模块化的电池堆基本单元，模块化的电池堆基本单元含有若干个单电池封接单元，每个单电池封接单元包括由上至下依次设置的封接盖板和单电池，模块化的电池堆基本单元的最顶部设有顶盖板，顶盖板面对单电池的一侧含有阴极气体流道，另一侧是光面，其特征在于：
8.所述封接盖板具有上下贯通的第一中空部，所述固体氧化物燃料电池堆还包括金属夹持件，该金属夹持件至少局部容纳在封接盖板的第一中空部中，并且金属夹持件与与顶盖板相邻的单电池封接单元中的单电池的阴极侧上下相抵。
9.优选地，其它所述单电池封接单元中的单电池的阴极侧上方不设置金属夹持件。
10.优选地，所述金属夹持件的外壁尺寸小于封接盖板的第一中空部的内壁尺寸。
11.作为改进，所述金属夹持件与顶盖板上下相抵。
12.优选地，所述金属夹持件呈板状或网状。
13.进一步，所述单电池下方设置有封接支撑板，所述封接支撑板具有上下贯通的第二中空部，封接支撑板和封接盖板之间通过密封胶密封粘接，单电池容纳在封接盖板的第一中空部和封接支撑板的第二中空部中并通过封接支撑板和封接盖板夹紧固定；
14.所述顶盖板与封接盖板之间通过密封胶密封粘接，模块化的电池堆基本单元的最底部设有底盖板，底盖板面对单电池的一侧含有阳极气体流道，另一侧是光面，底盖板与封接支撑板之间通过密封胶密封粘接。
15.进一步，所述单电池封接单元之间通过连接件上下堆叠连接，连接件的两面分别设有阳极气体流道和阴极气体流道，连接件的两面边缘涂敷有用于密封连接的密封胶。
16.进一步，所述连接件为金属板，连接件的左右两侧分别设有阳极气体通气孔和阴极气体通气孔，封接支撑板和封接盖板的左右两侧设有对应的阳极气体通气孔和阴极气体通气孔，顶盖板和底盖板的左右两侧设有对应的阳极气体通气孔和阴极气体通气孔。
17.进一步，所述模块化的电池堆基本单元为一个以上，各个模块化的电池堆基本单元可包含相同数量或不同数量的单电池，各个模块化的电池堆基本单元之间通过金属垫片连接固定；
18.所述金属垫片的左右两侧设有与单电池封接单元的阳极气体通气孔和阴极气体通气孔相应的阳极气体通气孔和阴极气体通气孔，金属垫片的四周边缘涂敷有用于模块化的电池堆基本单元之间密封的密封胶，金属垫片的两边中间涂敷有作为集流用的银浆。
19.最后，所述单电池封接单元的单电池为一个或者多片单电池平铺组成窗口式结构，当单电池封接单元由多片单电池平铺组成窗口式结构时，相应的封接支撑板、封接盖板的大小根据多片单电池进行匹配，并具有对应第一中空部和第二中空部；
20.所述单电池封接单元的单电池为二片或二片以上时，二片或二片以上的单电池位于同一平面、且相邻两片单电池不接触。
21.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过设置金属夹持件，并与与顶盖板相邻的单电池封接单元中的单电池上下相抵，这样，改善了该单电池的受力结构，该单电池的受力更加均匀，固体氧化物燃料电池堆的机械性能得到增强，经实验验证，增加金属夹持件后，与顶盖板相邻的单电池封接单元中的单电池也能像其它位置的单电池那样较长时间地保持高电压，这样，整个固体氧化物燃料电池堆中的所有单电池均能较长时间保持高电压，整个固体氧化物燃料电池堆的性能将更加稳定可靠。
附图说明
22.图1为现有技术中单电池为一片的单电池封接单元的结构示意图；
23.图2为图1的分解图；
24.图3为本实用新型实施例1中单电池为一片的单电池封接单元的结构示意图；
25.图4为图3的分解图；
26.图5为本实用新型实施例1中二单元单电池封接单元的结构示意图；
27.图6为图5的分解图。
28.图7本实用新型实施例2的窗口式单电池封接单元的结构示意图；
29.图8为图7的分解图。
具体实施方式
30.以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
31.实施例1
32.如图3～6所示，为本实用新型的固体氧化物燃料电池堆的一个优选实施例。
33.该固体氧化物燃料电池堆包括至少一个模块化的电池堆基本单元，模块化的电池堆基本单元含有1～20个单电池封接单元100，每个单电池封接单元100包括由上至下依次设置的封接盖板4、单电池3和封接支撑板2，封接盖板4具有上下贯通的第一中空部43，封接支撑板2具有上下贯通的第二中空部23，封接支撑板2和封接盖板4之间通过密封胶密封粘接，本实施例的单电池3为一片，单电池3容纳在封接盖板4的第一中空部43和封接支撑板2的第二中空部23中并通过封接支撑板2和封接盖板4夹紧固定。固体氧化物燃料电池堆还包括金属夹持件7，金属夹持件7的外壁尺寸小于封接盖板4的第一中空部43的内壁尺寸，金属夹持件7容纳在封接盖板4的第一中空部43中，并且金属夹持件7与与顶盖板5相邻的单电池封接单元中的单电池3(也就是竖向最靠近顶盖板5的单电池3)的阴极侧上下相抵，金属夹持件7还与顶盖板5上下相抵，其它单电池封接单元中的单电池3的阴极侧上方不设置金属夹持件7。优选地，金属夹持件7呈网状，金属夹持件7可以是银网，或者采用其它金属材质。在其它实施例中，金属夹持件7也可以是局部容纳在封接盖板4的第一中空部43中，金属夹持件7也可以呈板状。也就是说，相比申请号为202020012854.2(公告号为cn211125829u)的中国实用新型专利公开的《一种固体氧化物燃料电池堆》的方案(参见图1、图2)，本实施例增加了金属夹持件7。单电池封接单元100之间通过连接件6上下堆叠连接，连接件6为金属板，连接件6的两面分别设有阳极气体流道和阴极气体流道，连接件6的两面边缘涂敷有用于密封连接的密封胶，模块化的电池堆基本单元的最顶部和最底部分别设有顶盖板5和底盖板1，顶盖板5面对单电池3的一侧含有阴极气体流道，另一侧是光面，底盖板1面对单电池3的一侧含有阳极气体流道，另一侧是光面。连接件6的左右两侧分别设有阳极气体通气孔61和阴极气体通气孔62，封接支撑板2和封接盖板4的左右两侧设有对应的阳极气体通气孔21、41和阴极气体通气孔22、42，顶盖板5和底盖板1的左右两侧设有对应的阳极气体通气孔51、11和阴极气体通气孔52、12。阳极气体从阳极气体通气孔的一侧进入，从阳极气体通气孔另一侧出去。阴极气体通气孔52、12、22和42设计为长条形，阴极气体从阴极气体通气孔的一侧进入，从阴极气体通气孔另一侧出去。顶盖板5与封接盖板4之间通过密封胶密封粘接，底盖板1与封接支撑板2之间通过密封胶密封粘接。
34.图6是二个单电池封接单元100的电池堆的组装过程，含有多个单电池封接单元100的模块化的电池堆基本单元的组装过程与上述过程一样通过连接件6上下堆叠连接。
35.电池堆包括一个以上的模块化的电池堆基本单元时，各个模块化的电池堆基本单元可以包含相同数量或不同数量的单电池3，但单电池3的数量在1至20之间。模块化的电池堆基本单元之间通过金属垫片连接固定，金属垫片的左右两侧设有与单电池封接单元100的阳极气体通气孔和阴极气体通气孔相应的阳极气体通气孔和阴极气体通气孔，金属垫片的四周边缘涂敷有用于模块化的电池堆基本单元之间密封的密封胶，金属垫片的两边中间
涂敷有作为集流用的银浆，电池堆中模块化的电池堆基本单元的数量据需要而定。
36.改进后的固体氧化物燃料电池堆，与顶盖板5相邻的单电池3的性能明显改善，其电压保持为1v左右，一般能维持10000小时以上或15000小时以上。若采用现有技术的方案(参见图1、图2)，与顶盖板5相邻的单电池3的电压保持为1v的时间通常维持不到2000小时。
37.实施例2
38.如图7、8所示，与实施例1的区别在于：本实施例的单电池封接单元100的单电池3为四片，四片单电池3平铺组成窗口式单电池封接单元100的结构，四片单电池3位于同一平面、且相邻两片单电池3不接触，底盖板1、封接支撑板2、封接盖板4、顶盖板5为各一片，大小与四片单电池3正好匹配，封装支撑板2和封装盖板4均具有四个中空部，窗口式单电池封接单元100具有外歧管结构，即单电池3本身没有通气孔，通气孔均布置在封接支撑板2和封接盖板4上，包括阳极通气孔和阴极通气孔。底盖板1、封接支撑板2、封接盖板4、顶盖板5的结构原理与实施例1相同，连接也是采用密封胶密封固定。
39.窗口式单电池封接单元100之间的连接与实施例1一样也是通过连接板6连接组装成模块化的电池堆基本单元，连接板6的大小与四片单电池3相适配，连接件6的两面分别设有阳极气体流道和阴极气体流道，连接件6的两面边缘涂敷有用于密封连接的密封胶。
40.模块化的电池堆基本单元组装好之后，由这个模块化的电池堆基本单元组装成用户所需要的电池堆，模块化的电池堆基本单元之间通过金属垫片连接固定，如含有4个模块化的电池堆基本单元的电池堆或者含有6个模块化的电池堆基本单元的电池堆，电池堆中模块化的电池堆基本单元的数量据需要而定。
41.以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。