[发明专利]一种管式固体氧化物燃料电池的电池堆的组装方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种管式固体氧化物燃料电池的电池堆的组装方法。

背景技术

燃料电池是一种新型能源技术，具有高效、清洁、安全可靠等特征。固体氧化物燃料电池(SOFC)除了具有一般燃料电池的共同优点外，其效率更高，SOFC工作温度高600-800℃，除了可以采用纯氢气做燃料外还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。且可实现热点联供，效率可达75％以上，且具备燃料普适性。其全固态、模块化的设计还使其可以满足从小型便携式电源到大型发电设备的各种应用需求。

管式SOFC目前已在世界上示范运行了多台百千瓦级系统,表现出良好的长期稳定性,而其不足之处在于功率密度低、制备成本高见表一.管式SOFC可以设计为盲管结构,从而实现无密封设计；而平板式结构则无法回避电池与连接体之间在高温下的密封难题.管式结构中通过管与管集束构建电池堆,可以使用廉价的过渡金属材料作为电池之间的连接材料；而平板式电池堆则必须使用能够耐高温和耐氧化气氛腐蚀的高成本金属材料进行集电.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串联提高电压，并联提高电流。电池上制备陶瓷连接体来进行单电池直接的串联。比如：西门子-西屋公司采用等离子喷涂法，沿管轴线方向制备掺杂的铬酸镧连接体条。但是陶瓷连接体制备困难，成本高的问题很难解决。

表一科学通报，2013年第58卷第21期：2035～2045

目前在SOFC的商业化进程中,管式SOFC电池堆亟待解决的关键技术问题之一就进一步降低电池堆的制造成本，而优化管式SOFC电池堆的设计，提高电池堆的体积功率密度和发电功率规模是降低电池堆制造成本的有效途径之一。管式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。

发明内容

本发明的目的在于通过优化管式SOFC电池组的组合方式，提供一种不含连接体的、结构简单、具有高体积功率密度和功率密度的可适用于多种燃料且便于组装成电池堆的一种管式固体氧化物燃料电池的电池堆的组装方法。

本发明为实现上述目的而采取的技术方案为：

一种管式固体氧化物燃料电池的电池堆的组装方法，包括以下步骤：

第一步：将多个固体氧化物燃料电池组中管式固体氧化物燃料电池组装单元中的一根以上的管式固体氧化物燃料单电池的两端均插入电池插入基道内，采用密封材料密封，插入时根据管式固体氧化物燃料单电池的个数和种类采用以下方式，当管式固体氧化物燃料单电池的个数是一根时，可以为阳极支撑管式电池或阴极支撑管式电池，插入合金基座最中心的电池插入基道内；当管式固体氧化物燃料单电池的个数大于一根时，阳极支撑管式电池和阴极支撑管式电池交替插入电池插入基道内，管径大的管式固体氧化物燃料单电池套在管径小的管式固体氧化物燃料单电池外，两个管之间留有间距，且阳极对阳极，阴极对阴极；

第二步：气路系统设置：当中心管为阳极支撑管式电池，则所通气氛采用中心为燃料气，中心管外侧通空气，当中心管为阴极支撑管式电池则所通气氛采用中心为空气，中心管外侧通燃料气；当单电池的数量不止一个时，燃料气和空气交替通入相应通道，当燃料气是非纯氢气时，需要在燃料进气管道上加装一个催化剂重整仓；

第三步：电路系统设置：将阳极导线和阴极导线分别与电池插入基道内侧的阳极极耳和阴极极耳相连；

第四步：将一个密封盖与合金基座匹配合适，组装完成后再外面套上一个外壳，再加上另一个密封盖，将外壳和上下密封盖采用法兰密封；

第五步：两个以上的多个固体氧化物燃料电池组可以根据阳极导线和阴极导线之间的串并联关系进行串联连接、并联连接或者串并联混合连接。

所述固体氧化物燃料电池组由管式固体氧化物燃料电池组装单元、密封盖、外壳和催化剂重整仓组成，管式固体氧化物燃料电池组装单元设置在外壳内，外壳的两端设置密封盖，催化剂重整仓安装在燃料气分配孔道上；所述管式固体氧化物燃料电池组装单元包括一根以上的管式固体氧化物燃料单电池和合金基座，一根以上的管式固体氧化物燃料单电池的两端安放在合金基座上；

所述合金基座包括多个电池插入基道、气路系统和电路系统，电池插入基道与电池插入基道之间设置圆形孔隙或者多个圆孔；

所述气路系统包括空气分配孔道和燃料气分配孔道，空气分配孔道与管式固体氧化物燃料单电池的阴极面相通，燃料气分配孔道与管式固体氧化物燃料单电池的阳极面相通；