[发明专利]一种大面积熔融碳酸盐燃料电池

说明书

技术领域

本发明属于能源技术领域的燃料电池关键技术，具体涉及一种大面积熔融碳酸盐燃料电池。 

技术背景 

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置，其最大特点是反应过程不涉及到燃烧，因此能量转换效率不受“卡诺循环”的限制，效率高达50％～60％，电池反应产物仅为水，没有污染物的排放。因此，燃料电池代表一种与传统能源系统完全不同的全新的能量转换方式，它不仅会以更清洁更持续的方式替代交通运输与电厂系统中广泛应用的电机装置，而且还会逐步进入便携供电系统与其他能源应用领域。 

燃料电池具有能量转换效率高、污染小、用水少、占地小等突出优点，因此多年来一直成为替代传统发电厂设备的最佳选择。截至目前，世界上已有200多座磷酸燃料电池电站、50座熔融碳酸盐燃料电池电站和20多座固体氧化物燃料电池示范装置。熔融碳酸盐燃料电池可采用氢气、生物质气、天然气等气体为燃料，不需要贵金属作催化剂，可作为分布式电源和小型电站应用。 

电极、电解质、双极板是熔融碳酸盐燃料电池的关键技术，双极板是起分隔氧化气体和燃料气体、集电和导电的作用，并构成气体流动的通道。由于在高温熔融盐腐蚀条件下运行，要求双极板具有抗氧化和还原以及抗电解质腐蚀的作用，并与其它组件之间有较好的热膨胀匹配性能，以防止由于密封不好而导致的燃料泄漏。双极板有效面积的大小是决定单电池乃至电池堆输出功率的关键因素，但是由于双极板面积增大、结构不合理而带来的诸如 变形而密封不严等问题严重制约着电池堆功率的放大。 

双极板材料通常选用不锈钢和镍基合金钢制成。美国、日本的大功率熔融碳酸盐燃料电池均具有相当大的电极面积，因此对于承担分隔与传输燃料氧化剂、在电池间形成密封任务的双极板面积相应得以增加。因此，熔融碳酸盐燃料电池的双极板必须同时具备高的导电性和平整度，合理的气流分配，而且具有较大的有效电极反应面积，才能实现熔融碳酸盐燃料电池堆功率的放大。 

经过对现有技术的文献检索发现，美国专利号为6777126，该专利描述了一种由多层结构叠加而成的双极板，在设计中加入了冷却气体或液体的通路。实际上，在熔融碳酸盐燃料电池双极板设计中，并不需要有专门的冷却通道。中国专利(公开号)CN 1731608 A，描述了一种熔融碳酸盐燃料电池双极板，其制作方法是先加工一个中心板，在板上四周开长方形的小孔，然后加工与中心板同样大小的掩模板，掩模板Y方向开大孔作为放置多孔波纹板的空间。这种加工方法比较繁琐，而且制作掩模板过程中去掉的大孔部分材料不能充分利用，造成材料的浪费，按照该专利工艺加工的双极板厚度也将达到5-7mm，另外该专利中心板四种加工的长方形孔实际上不利于电池堆的密封。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供了一种能够提高双极板的面积，降低双极板的厚度、提高燃料利用率，提高电池堆性能，同时保证电池堆装配时双极板的平整性和密封性的大面积熔融碳酸盐燃料电池。 

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括阳极加热端板，阴极加热端板以及密封在阳极加热端板和阴极加热端板之间的双极板，所说的阳极加热端板的侧面开设有阳极气体入口和阴极废气出口，阳极加热端板上开设有与阳极气体入口相连通的阳极预热槽道； 

所说的阴极加热端板的侧面与阴极废气出口相对应的位置开设有阴极气体入口，阴极加热端板上开设有与阴极气体入口相连通的阴极预热槽道，在阴极加热端板的侧面与阳极气体入口相对应的位置开设有阳极废气出口； 

所说的双极板的上、下表面分别设置有阳极气体流道和阴极气体流道，阳极气体流道和阴极气体流道上均覆盖有电极材料，且在双极板上位于阳极气体流道和阴极气体流道的两侧还分别开设有与阳极气体流道和阴极气体流道相连通的阳极气孔和阴极气孔，阳极加热端板的阳极预热槽道出口及阴极加热端板的阳极废气出口分别与阳极气体流道两侧的阳极气孔相连通，阴极加热端板的阴极预热槽道及阳极加热端板的阴极废气出口分别与阴极气体流道两侧的阴极气孔相连通，气体在电极材料与双极板形成的腔体内流动。 

本发明的双极板的阳极气体流道的两侧加工有气体盖板凹槽，相应的双极板的阴极流道两侧加工有气体盖板凹槽，凹槽底部加工有突起的支撑结构，凹槽上设置有气体盖板，该气体盖板上开设有与阳极气孔及阴极气孔相对应的通孔。