一种固体氧化物燃料电池或电解池的连接体

本发明涉及燃料电池或电解池，更具体地涉及一种固体氧化物燃料电池或电解池的连接体。

背景技术：

1、固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，sofc)是一种可在高温下(500～1000℃)直接将燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的装置，固体氧化物燃料电解池(solid oxide electrolysis cell，soec)是sofc的逆反应，可以利用电能电解生成小分子的燃料气体，它们具有高能量转化率、零污染、对燃料适应性广、应用领域广、泛长期稳定性高、不须用贵金属作催化剂等优点，是实现高效环保发电、制氢减碳最具应用前景的燃料电池之一，对社会的可持续发展有重要意义。

2、sofc/soec主要由阳极、电解质、阴极以及连接体和密封件组成。连接体具有两个主要作用：一是把单电池连接起来传输电子，提高输出电压、电流和功率；二是将阳极侧的燃料气和阴极侧的氧化气隔离开，对进入到单电池两侧的物料进行分配。连接体所处的工作环境苛刻，需要具有高的导电性、优良的导热率、抗氧化性、抗流化性、抗积碳等要求，以及良好的机械性能。

3、sofc/soec系统长期高效运行的条件是保证电堆的热平衡，电堆中过大的温度梯度会导致电池片的过大热应力，过大的热应力会导致电池片的形变及开裂，从而影响电堆的长期使用寿命。而在实际工作过程中，运行工况的变化必然需要输出功率随之变化，反应物流量、温度及电化学反应程度也会剧烈变化，反应放出的热量也会相应变化，从而导致电堆温度的波动。常用来管理和控制电堆热平衡的方法是通过物料的流动进行交换散热并带走，气体流动会影响电堆内部的温度分布。

4、连接体上下两侧都设计有专门的流道区域进行物料的分配，电池表面物料分配的合理性、均匀性影响电堆堆内部的温度分布和电堆性能。因此巧妙设计的连接体结构以及合理的气道分布可以获得较小热应力，并能增加电池反应物分布的均匀性和反应界面的气体浓度，提高电池功率和燃料利用率。

5、cn112397743a公开了一种固体氧化物燃料电池连接体，其连接体内部设有与空气侧流道平行的供降温气体通过的内部流道。但是，连接体中额外引入用于降温的气体，增大的电堆系统中鼓风机的能耗，降低了系统整体效率。

6、cn115000455a公开了一种固体氧化物燃料电池连接体，其连接体通气槽的侧壁与所有长肋围成一个蛇形流道，通过蛇形流道上每个流道分区内长肋和短肋数量及排列方式的变化，形成空气流道数量按照气流的流动方向逐渐减少的渐变型流道结构。通过蛇形流道上每个流道分区内长肋和短肋数量及排列方式的变化，形成空气流道数量按照气流的流动方向逐渐减少的渐变型流道结构。但是，该结构复杂，不利于加工制造，并且在电池堆中每片电池的流场分布并不一致，电堆中应针对不同层使用不同数量的长短肋，增加了电池的加工生产难度，在商业化大规模应用上前景不佳。并且，蛇型流道增大了气流的阻力，影响电池的性能和寿命。

7、cn116454309a公开了一种用于固体氧化物燃料电池的连接体，其连接体具有多组s型平行流道，针对具有内部重整燃料的固体氧化物燃料电池，通过设计多组并列的短流程流道可以实现重整吸热的分布式利用，减少吸热区集中，改善电池内部温度分布的均匀性。设置多组s型平行流道的目的是为甲烷内重整提供反应位，连接体的应用具有局限性，只能用于甲烷内重整的电池，无法发挥sofc燃料适用性广泛的优势。并且，s型流道会增大物质流动的沿程阻力，尤其是甲烷燃料的sofc有积碳的风险，s型流道拐角处积碳可能性更高，对电池的性能和寿命以及安全性上影响很大。

8、此外，现有技术中的连接体上下两侧的流道均是平行布置的直流道，燃料和空气在流动时是同向或逆向的流动，无法改善热点位置和数量。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中的使用直流道连接体的sofc或soec在运行时可能会产生局部热应力引起电池失效等问题，本发明提供一种固体氧化物燃料电池或电解池的连接体。

2、根据本发明的固体氧化物燃料电池或电解池的连接体，其具有本体，本体具有相对的阳极面和阴极面，阳极面和阴极面上均匀阴刻多个供气体流过的斜流道，阳极面的斜流道与阴极面的斜流道形成交叉，使得阳极面的阳极气体和阴极面的阴极气体呈交叉流动，从而实现均匀电池温度分布。应该理解，这里的阳极面的斜流道与阴极面的斜流道并不形成实际的交汇，也就是说，阳极面的斜流道与阴极面的斜流道在某一平面上的投影具有交点，但是在三维空间中该交点实际并不存在。阳极面阴刻的斜流道与阴极面阴刻的斜流道并没有凿穿，两者在不同的平面上以一定的角度交叉设置，而不会直接相交。

3、优选地，阳极面的斜流道的倾斜角与阴极面的斜流道的倾斜角互补。

4、优选地，阳极面和阴极面分别由对称的第一和第二部分组成，第一部分的斜流道的倾斜角度和第二部分的斜流道的倾斜角度呈轴对称。

5、优选地，阳极气体在阳极面沿着斜流道向左上和右上流动，阴极气体在阴极面沿着斜流道向左下和右下流动，阳极气体和阴极气体的流动方向呈现出菱形的斜交叉。

6、优选地，本体具有贯穿的进出气孔，在进出气孔内边缘向电池方向分别阴刻有集流域，沿电池边缘四周和连接体中间位置阴刻有分配气槽，集流域与分配气槽连通，斜流道的两端与分配气槽连通。

7、优选地，本体通过阴刻的斜流道、集流域和分配气槽形成凸起的肋。

8、优选地，阳极面和阴极面分布包括七条分配气槽，斜流道的两端与四条分配气槽连通。

9、优选地，本体具有八个流动版块。

10、优选地，进出气孔包括位于一侧中部的进气孔和位于另一侧的两端的两出气孔。

11、优选地，部分分配气槽的相交处设置挡流板以避免气流从进气孔直接沿着分配气槽流到出气孔。

12、根据本发明的固体氧化物燃料电池或电解池的连接体，结构简单，流道是相互平行的斜流道，流道内的沿程阻力相同，无s形或蛇形等复杂结构的流道，能够对电池及电池堆进行有效地热管理，降低电池的热点数量，避免电池中产生过大温度梯度，降低电池的热应力，延长电池堆的寿命，而且无弯角处的气体产生涡流、空腔的风险，同时可提高电池的电流密度，提高电池的性能。

技术特征：

1.一种固体氧化物燃料电池或电解池的连接体，其特征在于，该连接体具有本体，本体具有相对的阳极面和阴极面，阳极面和阴极面上均匀阴刻多个供气体流过的斜流道，阳极面的斜流道与阴极面的斜流道形成交叉，使得阳极面的阳极气体和阴极面的阴极气体呈交叉流动，从而实现均匀电池温度分布。

2.根据权利要求1所述的连接体，其特征在于，阳极面的斜流道的倾斜角与阴极面的斜流道的倾斜角互补。

3.根据权利要求1所述的连接体，其特征在于，阳极面和阴极面分别由对称的第一和第二部分组成，第一部分的斜流道的倾斜角度和第二部分的斜流道的倾斜角度呈轴对称。

4.根据权利要求3所述的连接体，其特征在于，阳极气体在阳极面沿着斜流道向左上和右上流动，阴极气体在阴极面沿着斜流道向左下和右下流动，阳极气体和阴极气体的流动方向呈现出菱形的斜交叉。

5.根据权利要求1所述的连接体，其特征在于，本体具有贯穿的进出气孔，在进出气孔内边缘向电池方向分别阴刻有集流域，沿电池边缘四周和连接体中间位置阴刻有分配气槽，集流域与分配气槽连通，斜流道的两端与分配气槽连通。

6.根据权利要求5所述的连接体，其特征在于，本体通过阴刻的斜流道、集流域和分配气槽形成凸起的肋。

7.根据权利要求5所述的连接体，其特征在于，阳极面和阴极面分布包括七条分配气槽，斜流道的两端与四条分配气槽连通。

8.根据权利要求7所述的连接体，其特征在于，本体具有八个流动版块。

9.根据权利要求5所述的连接体，其特征在于，进出气孔包括位于一侧中部的进气孔和位于另一侧的两端的两出气孔。

10.根据权利要求9所述的连接体，其特征在于，部分分配气槽的相交处设置挡流板以避免气流从进气孔直接沿着分配气槽流到出气孔。

技术总结
本发明涉及一种固体氧化物燃料电池或电解池的连接体，其具有本体，本体具有相对的阳极面和阴极面，阳极面和阴极面上均匀阴刻多个供气体流过的斜流道，阳极面的斜流道与阴极面的斜流道形成交叉，使得阳极面的阳极气体和阴极面的阴极气体呈交叉流动，从而实现均匀电池温度分布。根据本发明的固体氧化物燃料电池或电解池的连接体，结构简单，流道是相互平行的斜流道，流道内的沿程阻力相同，无S形或蛇形等复杂结构的流道，能够对电池及电池堆进行有效地热管理，降低电池的热点数量，避免电池中产生过大温度梯度，降低电池的热应力，延长电池堆的寿命，而且无弯角处的气体产生涡流、空腔的风险，同时可提高电池的电流密度，提高电池的性能。

技术研发人员：王建强,孙亚,肖国萍,关成志,崔天成
受保护的技术使用者：中国科学院上海应用物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21