[发明专利]便携式电源用管式固体氧化物燃料电池堆及其组装方法

说明书

技术领域：

本发明属于燃料电池应用领域，涉及一种便携式电源用管式固体氧化物燃料电池堆及其组装方法。 

背景技术：

传统的便携式电源采用二次电池作为储能装置，例如铅酸电池、镍氢电池等。该类产品的缺点是能量密度低、充电时间长以及环境不友好等缺点。随着手机、便携式电脑等电子产品的迅猛发展，对电源在能量密度和轻量化方面的要求日益提高。传统电池已经成为制约这些产品续航时间的主要因素，开发新型便携式电源的需求日益迫切。 

燃料电池作为一种新型能源技术，具有高效、清洁、安全可靠等诸多优点。燃料电池在便携式电源方面应用领域中，基于质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）的直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell,DMFC）研究和应用最为广泛。DMFC最为便携式电源应用的优点是电池工作温度低，所以电源启动时间快，但催化剂中毒和甲醇渗透是其应用的最大障碍。 

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）除了具有上述燃料电池的共同优点外，其全固态、模块化的设计使其可以满足从小型便携式电源到大型发电设备的全应用要求。SOFC工作温度高（600-800℃），相比于PEMFC，能够满足含碳燃料催化重整要求， 可直接采用多种碳氢燃料进行发电，所以燃料选择具有广泛性。作为便携式电源应用时，要求在短时间（几分钟）内可以达到工作温度，所以对SOFC单电池的抗热震性能要求高。管式SOFC结构具有良好的抗热震性能，是目前便携式电源开发领域普遍采用的构型。阳极支撑管式SOFC是管式电极支撑结构的一种，相比于阴极支撑管式结构，其优点为制备工艺简单、成本低、电池极化低，批量化制备容易。一般SOFC单电池在工作时电压仅有0.7V左右，而电流可以达到数安培，所以在实际应用中需将多个单电池进行串并联组成电池堆以提高输出电压和输出功率。便携式电源用SOFC电池堆的设计还要求电池堆结构简单、可靠、组装简单、可适用多种燃料。 

针对上述便携式电源用SOFC电池堆的设计要求，采用阳极支撑管式SOFC单电池组装电池堆是该领域的开发热点，但目前还没有出现成熟的商品，所以采用阳极支撑管式SOFC单电池的便携式电堆设计及组装具有良好的商业前景。 

发明内容：

本发明提供了一种便携式电源用管式固体氧化物燃料电池堆及其组装方法，结构简单、性能可靠，为采用阳极支撑管式SOFC单电池的便携式电堆设计提供了方向。 

本发明采用以下技术方案： 

一种便携式电源用管式固体氧化物燃料电池堆，包括发电单元、燃料主进气管、燃料进气支管，以及气体分配器，所述发电单元由多个阳极支撑管式SOFC电池单元串联而成，每个阳极支撑管式SOFC 电池单元通过燃料进气支管安装在气体分配器的预留孔内，燃料经燃料主进气管进入到气体分配器内，然后经燃料进气支管分配给每个发电单元。 

所述燃料主进气管上进一步设置有重整催化剂仓，当燃料为纯氢气时，燃料直接进入气体分配器，当燃料为含碳燃料时，则经过重整催化剂仓重整为氢气和一氧化碳的混合气后再进入气体分配器。 

所述燃料进气支管和气体分配器的预留孔之间通过密封件密封。 

所述密封件由玻璃浆料煅烧而成。 

所述阳极支撑管式SOFC电池单元为一端封闭一端开口的管式结构，封闭端设置有电池连接极。 

所述燃料进气支管的一端插入在气体分配器的预留孔内，另外一端延伸入阳极支撑管式SOFC电池单元的密封顶端。 

所述电池连接极采用导电陶瓷材料制备而成。 

所述燃料进气支管由氧化铝或氧化锆陶瓷材料制成。 

所述气体分配器与重整催化剂仓以及燃料主进气管焊接为一体。 

一种便携式电源用管式固体氧化物燃料电池堆的组装方法，包括以下步骤：（1）取燃料进气支管，裹上镍毡塞入阳极支撑管式SOFC电池单元的中空内部；（2）将燃料进气支管插入到气体分配器的预留孔，然后在预留孔和燃料进气支管之间的间隙填充作为密封件的玻璃浆料，干燥后，于900～1000℃煅烧，实现密封；（3）通过导线依次连接阳极支撑管式SOFC电池单元，最后引出正负极导线，完成组装。