[发明专利]燃料电池和燃料电池组

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过堆叠电解质电极组件和隔板而形成的燃料电池。该电解质电极组件包括阳极、阴极和插设在阳极与阴极之间的电解质。另外，本发明涉及一种通过堆叠多个燃料电池形成的燃料电池组。

背景技术

通常，具有无密封件(无密封)结构的固体氧化物燃料电池(SOFC)采用由诸如稳定氧化锆的离子导电固体氧化物构成的电解质。电解质插设在阳极和阴极之间以形成电解质电极组件。电解质电极组件插设在隔板(双极板)之间。在使用中，将预定数量的电解质电极组件和隔板堆叠在一起以形成燃料电池组。

燃料电池的工作温度较高，大约为800℃。因此，在将其中含有未消耗的反应气体的反应后的燃料气体(下文也称为废气)排到燃料电池组周围的区域并与含氧气体混合以引起燃烧时，燃料电池组的温度局部变高。在这些情况下，燃料电池的耐用性降低，并且燃料电池组不能稳定地工作。另外，由于燃烧后的排气的温度高于工作温度，所以在发电反应之前供应到燃料电池组的含氧气体与排气之间的温差变得过大。因此，在燃料电池组内产生明显不均匀的温度分布，从而不合期望地降低了发电性能。

在这方面，公知一种如日本特开专利公报No.2005-85520所公开的固体氧化物燃料电池。如图23所示，该燃料电池通过堆叠发电电池1、燃料电极集电器2、空气电极集电器3以及隔板4a、4b而形成。发电电池1包括燃料电极层1b、空气电极层1c和插设在燃料电极层1b与空气电极层1c之间的固体电解质层1a。燃料电极集电器2设置在燃料电极层1b的外侧，空气电极集电器3设置在空气电极层1c的外侧。

隔板4a包括燃料气体通道5，燃料气体通道5用于从面向燃料电极集电器2的隔板4a的表面的大致中心部分供应燃料气体。隔板4b具有含氧气体通道6，含氧气体通道6用于从面向空气电极集电器3的隔板4b供应含氧气体。

虽然未示出，但一环形金属盖覆盖了圆形多孔金属体的外周部，其中在该盖的整个侧部上设有大量的排气孔7。

在该结构中，气体从燃料电极集电器2的外周部仅通过排气孔7排出。从而，燃料气体扩散到多孔金属体中并且未从燃料电极集电器2的整个外周部逸出。根据该公开，抑制了在发电期间没有使用并从外周部排出的燃料气体的量，从而可以防止空气朝向燃料电极反向扩散。

然而，在以上传统技术中，隔板4a堆叠在燃料电极集电器2上，借此从排气孔7排出的排气在隔板4a附近燃烧，从而排气的温度变得非常高。因而，在供应含氧气体的入口附近的区域与排出排气的出口附近的区域之间的温差变大。因此，在隔板4a中产生明显不均匀的温度分布，从而不合期望地降低了发电性能。

发明内容

为了处理并解决上述问题，本发明的目的在于提供结构简单的燃料电池和燃料电池组，其中可以可靠地防止排气温度的过度升高，防止燃料电池组中不均匀的温度分布，并且有效地防止对电解质电极组件和隔板的损坏，从而提高发电性能。

本发明涉及一种通过堆叠电解质电极组件和隔板而形成的燃料电池。该电解质电极组件包括阳极、阴极和插设在所述阳极和阴极之间的电解质。在所述隔板的一个表面上形成用于沿着所述阳极的表面供应燃料气体的燃料气体通道，并且在所述隔板的另一个表面上形成用于沿着所述阴极的表面供应含氧气体的含氧气体通道。在所述隔板的一个表面或另一个表面上设置燃料气体供应通道。该燃料气体供应通道连接到用作燃料气体在消耗之前的通路并沿堆叠方向延伸的燃料气体供应单元，并连接到用于将燃料气体供应到所述燃料气体通道的燃料气体入口。含氧气体供应单元用作含氧气体在消耗之前的通路并沿堆叠方向延伸，从而将含氧气体供应到所述含氧气体通道。

所述燃料气体通道具有位于与所述电解质电极组件的外周部对应的位置处的终点，其中所述燃料气体通道的该终点连接到燃料气体排放通道，该燃料气体排放通道使在所述电解质电极组件中消耗的燃料气体从与该电解质电极组件的外周向外隔开的位置逸出到所述含氧气体供应单元。

优选的是，所述燃料气体通道包括设置在所述隔板的一个表面上的通道单元，其中该通道单元从所述燃料气体入口连接到所述燃料气体排放通道。

优选的是，所述燃料气体排放通道由一通孔形成，该通孔延伸穿过所述隔板，并且在该隔板的另一表面上设置排放槽。该排放槽连接到所述通孔，从所述电解质电极组件向外延伸，并朝向所述含氧气体供应单元开口。

另外优选的是，所述燃料气体排放通道由设置在所述隔板的一个表面上的排放槽形成，该排放槽连接到所述燃料气体通道的终点和所述含氧气体供应单元。在所述隔板的一个表面上设置盖部件以覆盖所述排放槽。