[发明专利]用于固体氧化物燃料电池的组合式电池结构

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年9月4日递交到美国专利商标局的临时专利申请No.61/240,095和于2010年3月10日递交到美国专利商标局的非临时申请No.12/721,381的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明的各实施例涉及用于固体氧化物燃料电池的组合式电池结构(也称为用于固体氧化物燃料电池的电池组)。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有无污染、高效发电等优点。SOFC用在静态发电系统、小型电源和车辆电源中。SOFC电池可被制造为管型电池、平管型电池或平板型电池。管型或平管型电池可为阴极支撑电池、分段式串联电池、阳极支撑电池或类似物。

目前，阳极支撑SOFC电池被频繁使用于范围在1至10KW的小型SOFC系统。另一方面，阴极支撑SOFC电池或分段式串联电池被频繁使用于范围在100KW或以上的大型SOFC系统。

发明内容

在本发明的各实施例中，用于固体氧化物燃料电池的组合式电池结构(“SOFC组合式电池结构”)用于容易地使用多个阳极支撑SOFC电池来制造大型SOFC系统。

在其他实施例中，SOFC组合式电池结构可抗热应力和机械应力(其典型地在串联组合的多个阳极支撑SOFC的情况下产生)，使得能够简化歧管设计，并防止集流阻抗增大。

根据本发明的各实施例，一种用于固体氧化物燃料电池的组合式电池结构包括第一电池和第二电池，每个电池具有第一电极、第二电极和位于该第一电极和该第二电极之间的电解质层。该组合式电池结构进一步包括用于连接所述第一电池和所述第二电池的支撑构件。所述支撑构件可包括穿过所述第一电池的中空部分的第一子支撑构件以及穿过所述第二电池的中空部分的第二子支撑构件。所述第一子支撑构件的一端被固定地联接到所述第二子支撑构件的一端。

在一个实施例中，所述支撑构件包括穿过所述单元电池的实心杆。当所述支撑构件包括子支撑构件时，所述第一子支撑构件和所述第二子支撑构件的每一个可包括实心杆。

在一个实施例中，所述支撑构件包括穿过所述单元电池的中空管。当所述支撑构件包括子支撑构件时，所述第一子支撑构件和所述第二子支撑构件每一个都可包括中空管。所述中空管可具有在两端之间的多个开口或孔。

第一支撑构件和第二支撑构件可由不锈钢、镍或镍合金形成。

所述第一子支撑构件的一端可包括第一联接部，所述第二子支撑构件的一端可包括第二联接部。所述第一联接部和所述第二联接部可直接彼此联接。可替换地，该组合式电池结构可包括用于将所述第一子支撑构件的一端连接到所述第二子支撑构件的一端的转接器。

该组合式电池结构可包括在所述单元电池的所述第一电极与所述支撑构件之间的多孔构件。所述多孔构件可包括金属毡、金属网或其组合。

该组合式电池结构可包括用于连接所述第一单元电池和所述第二单元电池的连接器。所述连接器可接触所述第一子支撑构件或第二子支撑构件。所述连接器可被配置为响应所述第一电池和/或所述第二电池的应力而弹性变形。所述连接器可被连接到所述第一单元电池和第二单元电池的至少一个。

该组合式电池结构可进一步包括在至少一个单元电池与所述连接器之间的密封构件。例如，所述密封构件可位于所述第一单元电池与所述连接器之间和/或所述第二单元电池与所述连接器之间。

该组合式电池结构可包括与所述第二电极接触的集流体。

所述第一电极可采用任意形状，例如，圆形、椭圆形或多边管形。所述第一电极可为阳极，所述第二电极可为阴极。

所述单元电池的没有彼此相连的端部(未连接端部)可打开。在一些实施例中，电池组的所述未连接端部之一可打开，其他所述未连接端部可闭合。

该组合式电池结构可进一步包括在所述第一电池和所述第二电池之间并沿纵向方向串联连接到所述第一电池和所述第二电池的至少一个第三电池。

根据本发明的其他实施例，一种用于固体氧化物燃料电池的组合式电池结构包括第一子电池和第二子电池。所述第一子电池包括第一电池，其具有用于形成管形支架的第一电极、在所述第一电极上的第二电极以及在所述第一电极和所述第二电极之间的电解质层。杆形第一子支撑构件沿纵向方向穿过所述第一电极的内部。所述第二子电池包括第二电池，其具有用于形成管形支架的第一电极、在所述第一电极上的第二电极以及在所述第一电极和所述第二电极之间的电解质层。杆形第二子支撑构件沿纵向方向穿过所述第一电极的内部。所述第一子支撑构件的一端被固定地连接到所述第二子支撑构件的一端，使得所述第一电池和所述第二电池沿纵向方向串联连接。