[发明专利]燃料电池堆和用于燃料电池堆的密封装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于气密连接燃料电池堆的两个元件的密封装置，具有非导电的间隔部件和至少一个在燃料电池堆的工作温度下在其整个膨胀范围上的固态的或粘滞的焊剂部分，其将间隔部件与燃料电池堆的至少一个待连接的元件进行气密连接。

本发明还涉及一种具有多个重复单元和至少一个密封装置的燃料电池堆，重复单元在轴向上堆积，密封装置用于气密连接燃料电池堆的两个元件，其中密封装置具有非导电的间隔部件和至少一个焊剂部分，焊剂部分将间隔部件与燃料电池堆的至少一个待连接的元件进行连接。

本发明还涉及一种用于制造适用于气密连接燃料电池堆的两个元件的密封装置的方法，其中，密封装置具有非导电的间隔部件和至少一个在燃料电池堆的工作温度下在其整个膨胀范围上的固态的或粘滞的焊剂部分，焊剂部分将间隔部件与燃料电池堆的至少一个待连接的元件进行气密连接。

本发明还涉及一种用于制造具有多个重复单元和至少一个密封装置的燃料电池堆的方法，重复单元在轴向上堆积，密封装置用于气密连接燃料电池堆的两个元件，其中，密封装置具有非导电的间隔部件和至少一个在燃料电池堆的工作温度下在其整个膨胀范围上的固态的或粘滞的焊剂部分，焊剂部分将间隔部件与燃料电池堆的至少一个待连接的元件进行气密连接。

本发明同样还涉及一种用于制造具有多个重复单元和至少一个密封装置的燃料电池堆的方法，重复单元在轴向上堆积，密封装置用于气密连接燃料电池堆的两个元件的密封装置，其中，密封装置具有非导电的间隔部件和至少一个焊剂部分，焊剂部分将间隔部件与燃料电池堆的至少一个待连接的元件进行连接。

背景技术

用于将化学界能量转换成电能的平面型高温燃料电池(pSOFC)已经被公开。在该系统中，氧离子穿过只能穿透氧离子的固体电解质且在该固体电解质的另一侧与氢离子反应成水。由于电子不能越过固体电解质，因此产生了电势差，其可以被用于实现用电的工作，前提是在固体电解质上附有电极且电极与电荷相连。由两个电极与电解质组成的联合体被称作MEA(电解质膜结构)。针对技术上的应用来说，多个由MEA、流体引导结构和电接触组成的重复单元合成为一个电池堆。重复单元包括穿孔，流体穿过穿孔到达邻接的重复单元。重复单元的边界被称作双极板。

双极板中的穿孔必须配有密封装置，因此流体在电池堆内部不发生混合。由于高温燃料电池的工作原理针对密封装置提出了多种要求。密封装置必须在过压直到大约0.5bar的情况下被气体密封，必须在-30℃至1000℃的温度范围内可以被使用，必须能够进行热循环，以及必须针对大约40000小时的运行时间长时间保持稳定。由于密封装置将气体燃烧室与空气室分开，密封装置必须由一种材料制成，这种材料一方面还原稳定，另一方面氧化稳定。如果密封装置被置入到两个重复单元之间，其还必须将重复单元相互进行电绝缘，这是由于电池堆中的漏泄电流降低了电池堆的功率。一般来说，密封装置还位于用压缩夹紧力加载的燃料电池堆的直接机械负荷路径中，且必须因此将施加的夹紧力从一个重复单元导向下一个重复单元。夹紧力可以比如通过燃料电池堆的外部夹紧或通过电池堆的重量来实现，该夹紧力对于各部件良好的内部电接触以及由此对于整个系统的功率具有决定性的意义。

重复单元与电解质之间的密封装置不是必须电绝缘地设计，其原因在于两个部件位于相同的电势上。不过，该密封装置必须实现两种不同的材料之间的气密连接，通常为两种不同的材料种类的金属与陶瓷之间的气密连接。这意味着，密封装置必须能够接受或平衡机械应力，机械应力通过材料的不同热膨胀因数和热容产生。重复单元或双极板通常由铁素体高温钢、氧化物弥散强化合金(ODS合金)、铬合金或其它高温强化材料制成，且能够在一些设计中配有保护层。电解质大多由钇稳定氧化锆(YSZ)组成，但还可以由其它材料如钪稳定氧化锆、镱稳定氧化锆或铈稳定氧化锆组成。迄今为止还不能满意地实现对MEA和双极板的热特性的平衡，因而需要接缝来平衡不同的热特性。