[发明专利]用于燃料电池堆叠的经改进互连件及端板设计

说明书

相关申请案

本申请案主张优先于2012年11月6日提出申请的第61/723,066号美国临时申请案的权益，所述临时申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

背景技术

在高温燃料电池系统(例如固态氧化物燃料电池(SOFC)系统)中，氧化流穿过燃料电池的阴极侧，而燃料流穿过燃料电池的阳极侧。所述氧化流通常为空气，而所述燃料流可为烃化物燃料，例如甲烷、天然气、戊烷、乙醇或甲醇。以介于750℃与950℃之间的典型温度操作的燃料电池使带负电荷氧离子能够从阴极流动流(flow stream)传输到阳极流动流，其中所述离子与游离氢或烃分子中的氢组合以形成水蒸气，及/或与一氧化碳组合以形成二氧化碳。通过贯穿于阳极与阴极之间的电路将来自带负电荷离子的过量电子往回路由到燃料电池的阴极侧，从而产生穿过所述电路的电流流动。

为了优化SOFC的操作，应精确地调节所述氧化流及所述燃料流。因此，应精确地制造燃料电池系统中的流动调节结构，例如互连件(IC)及端板(EP)。当前使用的一种类型的互连件及端板为通过粉末冶金技术形成的金属互连件/端板。SOFC互连件及端板需要好的形貌均匀性(平坦性)，以确保电解质不会经历超过电解质的断裂强度的应力集中。

发明内容

实施例包含用于燃料电池堆叠的互连件，所述互连件包含：第一侧，其包括界定流场的隆起特征；第二侧，其与所述第一侧相对；及开口，其用于反应剂，延伸穿过所述互连件，其中所述互连件包括以下各项中的至少一者：(a)所述第一侧包括用于接纳围绕所述流场的外围延伸的窗口密封的升高部分，且所述升高部分的至少一部分的高度至少在接近于所述开口处相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入，(b)所述互连件包括具有位于所述第二侧上且环绕所述开口的界面密封的端板，且所述第二侧包括在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中所述保护涂层的厚度与所述界面密封的厚度相差不足20％，(c)所述互连件包括具有位于所述第二侧上且环绕所述开口的界面密封的端板，且所述第二侧包括在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，其中所述界面密封位于所述第二侧的未涂覆部分上，且所述未涂覆部分的外围包含沿着所述端板的外边缘延伸的大体笔直部分及面向所述端板的中间的弯曲部分，(d)所述互连件包括具有位于所述第二侧上且环绕所述开口的界面密封的端板，且所述第二侧包括在所述第二侧的至少一部分上面的保护涂层，且其中所述界面密封位于所述第二侧中的凹入部分上且在所述保护涂层上面，或(e)所述第一侧包括环绕所述开口的平坦升高表面，且所述升高表面的高度相对于界定所述流场的所述隆起特征的高度凹入。

进一步实施例包含用于燃料电池堆叠的互连件，所述互连件包含：多个凸肋及通道，其在所述互连件的第一主表面上，界定用于反应剂的流场；及多个隆起表面，其在所述第一主表面上，位于所述互连件的边缘与所述流场之间，所述隆起表面经间断地间隔以允许所述反应剂在所述隆起表面之间流动。

进一步实施例包含用于燃料电池堆叠的互连件，所述互连件包含：多个凸肋及通道，其在所述互连件的第一主表面上，界定用于第一反应剂的流场；开口，其用于第二反应剂，延伸穿过所述互连件；升高表面，其在所述互连件的所述第一主表面上环绕所述开口；及密封，其在所述升高表面上且环绕所述开口，其中所述密封包括面向所述互连件的边缘的大体笔直区段及面向所述互连件的中间的弯曲区段，其中所述大体笔直区段由所述密封的外围的大体笔直部分及所述密封的内部开口的大体笔直部分界定。

进一步实施例包含如上文所描述制作用于燃料电池堆叠的互连件的方法。

附图说明

并入本文中且构成此说明书的部分的随附图式图解说明本发明的实例实施例，且与上文给出的大体说明及下文给出的详细说明一起用于阐释本发明的特征。

图1图解说明SOFC堆叠的侧横截面图。

图2A是现有技术的互连件的阴极侧的透视图。

图2B是现有技术的互连件的阳极侧的透视图。

图3是现有技术的燃料电池堆叠的端板的部分横截面图。

图4A是根据实施例在端板的面向阳极侧上具有凹入部分的端板的部分横截面图。

图4B是示意性地图解说明变形的图4A的端板的部分横截面图。

图5是根据实施例具有相对厚的保护涂层及相对较大的未涂覆区的端板的部分横截面图。

图6是图5的端板的俯视图。

图7是具有小的未涂覆区的现有技术的端板的俯视图。