[发明专利]平板式固体氧化物燃料电池堆的密封连接装置

说明书

技术领域

本发明涉及平板式固体氧化物燃料电池的密封领域，特别涉及平板式固体氧化物燃料电池堆的密封连接装置。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）是由全固态材料组成的电化学发电装置，其最主要的特点是固态电解质具有一定的氧离子导电性，能隔离燃料气和氧气。由于单体电池只能产生1V左右电压，功率有限，为了使SOFC具有实际应用的可能，采用连接件将若干个单电池以串联、并联或混联的方式密封组装成电池组，以提高SOFC的电压和功率。

固体氧化物燃料电池主要有四种结构，即管式、平板式、基块式和串接式结构。平板式固体氧化物燃料电池制备相对容易，功率密度较高，因此应用范围较广。平板式固体氧化物燃料电池电堆是由多个串联在一起的平板式固体氧化物燃料单电池组成。单电池之间设置有连接体，连接体为相邻单电池的阳极与阴极提供电连接。连接体和电极之间通常通过丝网印刷的方法印刷一层透气的电流收集层，以改善电极和连接体之间的接触，从而降低接触电阻。同时，为了避免阳极的燃料气直接和阴极的空气接触而产生燃烧，需要采取密封措施对燃料和空气进行隔离，因此连接体和电极之间的空间内，在电流收集层的周围还填充有密封材料。密封材料为软化点和平板式固体氧化物燃料电池工作温度相当或略高的玻璃材料，也可以采用金属或陶瓷毡，通过浸渍等方式填充到空隙中，以阻断气体通道。在升温和使用过程中，对电池堆施加一定的压力，使密封材料和电流收集层在压力作用下发生一定的形变，以改善连接体和电极的接触，并且提高密封性。

但是，电流收集层和密封材料在电池工作状态下会有一定的收缩且密封材料为硬质，因此两者的收缩量不一致，容易导致两种情况，具体如图1和图2所示。图1中，连接体1和电极2之间设置有电流收集层3、密封材料4和空隙5。电流收集层3的厚度大于密封材料4，因此密封材料承受的压力不够，密度偏低，密封不严。图2中，连接体1和电极2之间设置有电流收集层3、密封材料4和空隙5。电流收集层3的厚度小于密封材料4的厚度，电流收集层承受的压力不够，连接体和电极之间的接触差，接触电阻大。由此可见，单电池之间的连接无法同时保证接触电阻小且密封性好。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种平板式固体氧化物燃料电池堆的密封连接装置，接触电阻小且密封性好。

本发明公开了一种平板式固体氧化物燃料电池堆的密封连接装置，包括：连接体、电极和位于连接体及电极之间的电流收集密封层；

电流收集密封层，所述电流收集密封层包括电流收集部分，环绕在所述电流收集部分外围的密封填充部分，环绕在所述密封填充部分外围的第一密封支撑部分，所述密封填充部分与电流收集部分之间有第一空隙，所述第一密封支撑部分与所述密封填充部分接触连接；

所述密封填充部分在600～1000℃为可塑性变形的软化状态。

优选的，所述电流收集部分与第一密封支撑部分的材料相同。

优选的，所述电极为阴极，所述电流收集部分和密封支撑部分为LSM材料，LSC材料和LSCF材料中的一种或几种。

优选的，所述电极为阳极，所述电流收集部分和密封支撑部分为银、Cr-Co-Fe-Al-Y合金、镍、铜、镍的氧化物和铜的氧化物中的一种或几种。

优选的，所述密封填充部分为SiO₂、Al₂O₃、B₂O₃、ZnO、RO和A₂O中的一种或多种，所述RO为MgO、CaO、SrO或BaO，A₂O为K₂O、Na₂O或Li₂O。

优选的，所述密封填充部分的组成为30wt%～50wt%的SiO₂，40wt%～60wt%的B₂O₃为，5wt%～15wt%的Al₂O₃，0wt%～10wt%的ZnO，0wt%～5wt%的RO，0wt%～25wt%的A₂O。

优选的，所述电流收集密封层还包括：环绕在电流收集部分外围的第二密封支撑部分，所述第二密封支撑部分与电流收集部分之间有第一空隙，所述第二密封支撑部分与密封填充部分之间有第二空隙。