一种管式固体氧化物燃料电池的电池组的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种管式固体氧化物燃料电池的电池组。本实用新型的目的在于提供一种不含连接体的、结构简单、具有高体积功率密度和功率密度的可适用于多种燃料且便于组装成电池堆的管式固体氧化物燃料电池的电池组。本实用新型管式固体氧化物燃料电池的电池组，由管式固体氧化物燃料电池组装单元、密封盖、外壳和催化剂重整仓组成，管式固体氧化物燃料电池组装单元设置在外壳内，外壳的两端设置密封盖，催化剂重整仓安装在燃料气分配孔道上；所述管式固体氧化物燃料电池组装单元包括一根以上的管式固体氧化物燃料单电池和合金基座，一根以上的管式固体氧化物燃料单电池的两端安放在合金基座上。
【专利说明】
-种管式固体氧化物燃料电池的电池组
技术领域
[0001] 本实用新型设及燃料电池技术领域，具体设及一种管式固体氧化物燃料电池的电 池组。
【背景技术】
[0002] 燃料电池是一种新型能源技术，具有高效、清洁、安全可靠等特征。固体氧化物燃 料电池(SOFC)除了具有一般燃料电池的共同优点外，其效率更高，SOFC工作溫度高600-800 °C，除了可W采用纯氨气做燃料外还可直接采用多种碳氨燃料进行发电，所W燃料选择具 有广泛性。且可实现热点联供，效率可达75% W上，且具备燃料普适性。其全固态、模块化的 设计还使其可W满足从小型便携式电源到大型发电设备的各种应用需求。
[0003] 管式SOFC目前已在世界上示范运行了多台百千瓦级系统，表现出良好的长期稳定 性，而其不足之处在于功率密度低、制备成本高见表一.管式SOFC可W设计为盲管结构，从 而实现无密封设计;而平板式结构则无法回避电池与连接体之间在高溫下的密封难题.管 式结构中通过管与管集束构建电池堆，可W使用廉价的过渡金属材料作为电池之间的连接 材料;而平板式电池堆则必须使用能够耐高溫和耐氧化气氛腐蚀的高成本金属材料进行集 电.一般SOFC单电池在工作时电压仅有0.7V左右，而电流可W达到数安培，所W在实际应用 中需将多个单电池进行串并联组成电池堆W提高输出电压和输出功率串联提高电压，并联 提高电流。电池上制备陶瓷连接体来进行单电池直接的串联。比如：西口子-西屋公司采用 等离子喷涂法，沿管轴线方向制备渗杂的铭酸铜连接体条。但是陶瓷连接体制备困难，成本 高的问题很难解决。
[0004] 表一科学通报，2013年第58卷第21期:2035~2045 [00。"
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[00U/J 目丽巧SUKG的巧化化巧巧甲，官巧SUKG电泄巧巫巧鮮巧的天销巧不问题之一就进 一步降低电池堆的制造成本，而优化管式SOFC电池堆的设计，提高电池堆的体积功率密度 和发电功率规模是降低电池堆制造成本的有效途径之一。管式SOFC电池堆的设计还要求电 池堆结构简单、可靠、组装简单、可适用多种燃料。 【实用新型内容】
[0008] 本实用新型的目的在于通过优化管式SOFC电池组的组合方式，提供一种不含连接 体的、结构简单、具有高体积功率密度和功率密度的可适用于多种燃料且便于组装成电池 堆的管式固体氧化物燃料电池的电池组。
[0009] 本实用新型为实现上述目的而采取的技术方案为：
[0010] -种管式固体氧化物燃料电池的电池组，由管式固体氧化物燃料电池组装单元、 密封盖、外壳和催化剂重整仓组成，管式固体氧化物燃料电池组装单元设置在外壳内，外壳 的两端设置密封盖，催化剂重整仓安装在燃料气分配孔道上;所述管式固体氧化物燃料电 池组装单元包括一根W上的管式固体氧化物燃料单电池和合金基座，一根W上的管式固体 氧化物燃料单电池的两端安放在合金基座上；
[0011] 所述合金基座包括多根电池插入基道、气路系统和电路系统，电池插入基道与电 池插入基道之间设置圆形孔隙或者多个圆孔；
[0012] 所述电池插入基道的个数为一个W上，每个电池插入基道上可插入一根电池。
[0013] 所述气路系统包括空气分配孔道和燃料气分配孔道，空气分配孔道与管式固体氧 化物燃料单电池的阴极面相通，燃料气分配孔道与管式固体氧化物燃料单电池的阳极面相 通；
[0014] 所述电路系统包括阳极导线和阴极导线W及电池插入基道内侧的阳极极耳和阴 极极耳，所述阳极导线与阳极极耳相连接，阴极导线与阴极极耳相连接，阳极导线和阴极导 线分别穿过密封盖与外界连接。
[0015] 所述的一根W上的管式固体氧化物燃料单电池的管径不同。
[0016] 所述的管式固体氧化物燃料单电池为阳极支撑管式电池或阴极支撑管式电池，两 端均开口；阳极支撑管式电池的组成顺序为阳极-电解质-阴极，阳极向内，阴极朝外；阴极 支撑管式电池的组成顺序为阴极-电解质-阳极，阴极向内，阳极朝外。
[0017] -根W上的管式固体氧化物燃料单电池中，当管式固体氧化物燃料单电池的个数 是一根时，插入合金基座最中屯、的电池插入基道内；当管式固体氧化物燃料单电池的个数 大于一根时，阳极支撑管式电池或阴极支撑管式电池交替插入电池插入基道内，管径大的 管式固体氧化物燃料单电池套在管径小的管式固体氧化物燃料单电池外，且阳极对阳极， 阴极对阴极。
[0018] 在外壳的内表面设置有保溫层。
[0019] 本实用新型与现有技术相比具有W下有益效果：
[0020] 1、本发明所采用的单电池的数量可W根据需要调整，可W较方便地拆卸替换；
[0021] 2、本发明的组装单元具有独立的、可调节的气路系统和电路系统，且均处于合金 基座内部设计性较强，安全性高，所制备电堆具有良好的稳定性和耐久性；
[0022] 3、本发明的SOFC电池为大管套小管，极大地节约了空间，使得电堆在极小的空间 里，可W实现较高的输出电压，极大地提高了传统管式SOFC的体积功率密度；
[0023] 4、本发明采用不同的串联、并联的集电设计，可W调整电堆的输出电压和电流；
[0024] 5、本发明管型固体氧化物燃料电池SOFC的电堆具有结构简单、紧凑、稳定高的优 点，电池堆的功率大小易调节、容错能力强、易维护。
【附图说明】
[0025] 图1是本实用新型的结构示意图；
[0026] 图2是本实用新型实施例1的电池插入基道结构示意图；
[0027] 图3是本实用新型实施例2的电池插入基道结构示意图；
[0028] 图4是本实用新型外壳结构示意图。
【具体实施方式】
[00巧]实施例1
[0030] 如图1、图2和图4所示，一种管式固体氧化物燃料电池的电池组，由管式固体氧化 物燃料电池组装单元1、密封盖2、内表面设置有保溫层的外壳3和催化剂重整仓4组成，管式 固体氧化物燃料电池组装单元1设置在外壳3内，外壳的两端设置密封盖2,催化剂重整仓4 安装在燃料气分配孔道11上;所述管式固体氧化物燃料电池组装单元1包括一根W上的管 式固体氧化物燃料单电池6和合金基座，一根W上的管径不同的管式固体氧化物燃料单电 池6的两端安放在合金基座上；
[0031] 所述合金基座可容纳多个单电池插入的电池插入基道、气路系统和电路系统，电 池插入基道7与电池插入基道7之间设置圆形孔隙8;
[0032] 所述气路系统包括空气分配孔道10和燃料气分配孔道11，空气分配孔道10与管式 固体氧化物燃料单电池6的阴极面相通，燃料气分配孔道11与管式固体氧化物燃料单电池6 的阳极面相通；
[0033] 所述电路系统包括阳极导线12和阴极导线13W及电池插入基道7内侧的阳极极耳 14和阴极极耳15,所述阳极导线12与阳极极耳14相连接，阴极导线13与阴极极耳15相连接。
[0034] 所述的管式固体氧化物燃料单电池6为阳极支撑管式电池或阴极支撑管式电池， 两端均开口；阳极支撑管式电池的组成顺序为阳极-电解质-阴极，阳极向内，阴极朝外；阴 极支撑管式电池的组成顺序为阴极-电解质-阳极，阴极向内，阳极朝外。
[0035] -根W上的管式固体氧化物燃料单电池6中，当管式固体氧化物燃料单电池6的个 数是一根时，插入合金基座最中屯、的电池插入基道7内；当管式固体氧化物燃料单电池6的 个数大于一根时，阳极支撑管式电池或阴极支撑管式电池交替插入电池插入基道7内，管径 大的管式固体氧化物燃料单电池6套在管径小的管式固体氧化物燃料单电池6外，且阳极对 阳极，阴极对阴极。
[0036] 实施例2
[0037] 如图1、图3和图4所示，一种管式固体氧化物燃料电池的电池堆，由管式固体氧化 物燃料电池组装单元1、密封盖2、内表面设置有保溫层的外壳3和催化剂重整仓4组成，管式 固体氧化物燃料电池组装单元1设置在外壳3内，外壳的两端设置密封盖2,催化剂重整仓4 安装在燃料气分配孔道11上;所述管式固体氧化物燃料电池组装单元1包括一根W上的管 式固体氧化物燃料单电池6和合金基座，一根W上管径不同的管式固体氧化物燃料单电池6 的两端安放在合金基座上；
[0038] 所述合金基座包括多个电池插入基道7、气路系统和电路系统，电池插入基道7与 电池插入基道7之间设置多个圆孔9;
[0039] 所述气路系统包括空气分配孔道10和燃料气分配孔道11，空气分配孔道10与管式 固体氧化物燃料单电池6的阴极面相通，燃料气分配孔道11与管式固体氧化物燃料单电池6 的阳极面相通；
[0040] 所述电路系统包括阳极导线12和阴极导线13W及电池插入基道7内侧的阳极极耳 14和阴极极耳15,所述阳极导线12与阳极极耳14相连接，阴极导线13与阴极极耳15相连接。
[0041] 所述的管式固体氧化物燃料单电池6为阳极支撑管式电池或阴极支撑管式电池， 两端均开口；阳极支撑管式电池的组成顺序为阳极-电解质-阴极，阳极向内，阴极朝外；阴 极支撑管式电池的组成顺序为阴极-电解质-阳极，阴极向内，阳极朝外。
[0042] -根W上的管式固体氧化物燃料单电池6中，当管式固体氧化物燃料单电池6的个 数是一根时，插入合金基座最中屯、的电池插入基道7内；当管式固体氧化物燃料单电池6的 个数大于一根时，阳极支撑管式电池或阴极支撑管式电池交替插入电池插入基道7内，管径 大的管式固体氧化物燃料单电池6套在管径小的管式固体氧化物燃料单电池6外，且阳极对 阳极，阴极对阴极。
[0043] 本实用新型管式固体氧化物燃料电池组的组装方法包括W下步骤：
[0044] 第一步:将一根W上的管式固体氧化物燃料单电池6的两端均插入电池插入基道7 内，采用密封材料密封，插入时根据管式固体氧化物燃料单电池6的个数和种类采用W下方 式，当管式固体氧化物燃料单电池6的个数是一根时，可W为阳极支撑管式电池或阴极支撑 管式电池，插入合金基座最中屯、的电池插入基道7内；当管式固体氧化物燃料单电池6的个 数大于一根时，阳极支撑管式电池和阴极支撑管式电池交替插入电池插入基道7内，管径大 的管式固体氧化物燃料单电池6套在管径小的管式固体氧化物燃料单电池6外，两个管之间 留有间距，且阳极对阳极，阴极对阴极；
[0045] 第二步:气路系统设置:当中屯、管为阳极支撑管式电池，则所通气氛采用中屯、为燃 料气，中屯、管外侧通空气，当中屯、管为阴极支撑管式电池则所通气氛采用中屯、为空气，中屯、 管外侧通燃料气；当单电池的数量不止一个时，燃料气和空气交替通入相应通道，当燃料气 是非纯氨气时，需要在燃料进气管道上加装一个催化剂重整仓；
[0046] 第S步：电路系统设置:将阳极导线12和阴极导线13分别与电池插入基道7内侧的 阳极极耳14和阴极极耳15相连；
[0047] 第四步:将一个密封盖与合金基座匹配合适，组装完成后再外面套上一个外壳，再 加上另一个密封盖，将外壳和上下密封盖采用法兰密封；
[0048] 第五步:两个W上的管式固体氧化物燃料电池堆可W根据阳极导线12和阴极导线 13之间的串并联关系进行串联连接、并联连接或者串并联混合连接。
【主权项】
1. 一种管式固体氧化物燃料电池的电池组，其特征是由管式固体氧化物燃料电池组装 单元(1)、密封盖(2)、外壳(3)和催化剂重整仓(4)组成，管式固体氧化物燃料电池组装单元 (1)设置在外壳(3)内，外壳的两端设置密封盖(2)，催化剂重整仓(4)安装在燃料气分配孔 道（11)上;所述管式固体氧化物燃料电池组装单元（1)包括一根以上的管式固体氧化物燃 料单电池(6)和合金基座，一根以上的管式固体氧化物燃料单电池(6)的两端安放在合金基 座上； 所述合金基座包括多个电池插入基道(7)、气路系统和电路系统，电池插入基道(7)与 电池插入基道(7)之间设置圆形孔隙(8)或者多个圆孔(9); 所述气路系统包括空气分配孔道（10)和燃料气分配孔道（11)，空气分配孔道（10)与管 式固体氧化物燃料单电池(6)的阴极面相通，燃料气分配孔道（11)与管式固体氧化物燃料 单电池(6)的阳极面相通； 所述电路系统包括阳极导线（12)和阴极导线（13)以及电池插入基道(7)内侧的阳极极 耳（14)和阴极极耳（15)，所述阳极导线（12)与阳极极耳（14)相连接，阴极导线（13)与阴极 极耳(15)相连接，阳极导线（12)和阴极导线（13)分别穿过密封盖(2)与外界连接。2. 根据权利要求1所述的管式固体氧化物燃料电池的电池组，其特征是所述的一根以 上的管式固体氧化物燃料单电池(6)的管径不同。3. 根据权利要求1所述的管式固体氧化物燃料电池的电池组，其特征是所述的管式固 体氧化物燃料单电池(6)为阳极支撑管式电池或阴极支撑管式电池，两端均开口；阳极支撑 管式电池的组成顺序为阳极-电解质-阴极，阳极向内，阴极朝外；阴极支撑管式电池的组成 顺序为阴极-电解质-阳极，阴极向内，阳极朝外。4. 根据权利要求1所述的管式固体氧化物燃料电池的电池组，其特征是一根以上的管 式固体氧化物燃料单电池(6)中，当管式固体氧化物燃料单电池(6)的个数是一根时，插入 合金基座最中心的电池插入基道(7)内；当管式固体氧化物燃料单电池(6)的个数大于一根 时，阳极支撑管式电池或阴极支撑管式电池交替插入电池插入基道(7)内，管径大的管式固 体氧化物燃料单电池(6)套在管径小的管式固体氧化物燃料单电池(6)外，且阳极对阳极， 阴极对阴极。5. 根据权利要求1所述的管式固体氧化物燃料电池的电池组，其特征是在外壳(3)的内 表面设置有保温层。
【文档编号】H01M2/20GK205609674SQ201620238454
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】马灿良, 赵云, 李思殿
【申请人】山西大学