[发明专利]用于燃料电池堆中热管理的选择性旋转流场

说明书

一种电化学电池堆，包括多个电化学电池单元，每个电化学电池单元包括阴极、阳极和电解质；电化学电池堆还包括多个相连部。相连部设置在相邻的电化学电池单元之间。在每个阳极与相应相邻的相连部之间限定燃料通道，所述燃料通道具有燃料入口和出口。在每个阴极与相应相邻的相连部之间限定氧化剂通道，所述氧化剂通道具有氧化剂入口和出口。所述多个电化学电池单元和相连部包括：第一电化学电池单元、邻近于所述第一电化学电池单元的第一相连部、邻近于所述第一相连部的第二电化学电池单元、和邻近于所述第二电化学电池单元的第二相连部。所述第二相连部相对于所述第一相连部围绕所述燃料电池堆的纵向轴线旋转地偏移。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年6月29日提交的、名称为“用于燃料电池堆中热管理的选择性旋转流场”的美国临时专利申请No.62/526,683的优先权和利益，其全部的公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容涉及高温燃料电池堆和电解堆，特别是涉及固体氧化物(SOFC)和固体氧化物电解电池(SOEC)堆，更特别地涉及包括热管理的高功率密度的紧凑SOFC堆。

背景技术

固体氧化物燃料电池包括：电解质，其夹在阴极与阳极之间。氧气与阴极处的电子反应以形成氧离子，氧离子通过离子传导陶瓷电解质被传导至阳极。在阳极处，氧离子与可用燃料(例如氢和一氧化碳)结合以形成产物(例如水和二氧化碳)，由此解放电子以产生电力。该技术当供应有适合反应物(例如水和二氧化碳)和电力时同样能够逆向运行以形成燃料气体和氧气。在此情况下，所述技术被称为固体氧化物电解电池。SOFC研发已见多种方式(阳极、阴极或电解质支持的、单件陶瓷/金属相连部、平面式/管式及其变例)。所述技术商业化的主要挑战为：同时实现可市场化的价格、合理性能和实用的使用寿命。这些驱动因素紧密相关。

发明内容

国际专利申请No.PCT/IB2018/053099(2018年5月4日提交，要求2017年5月4日由本申请人提交的美国临时申请No.62/501,633的优先权)描述了一种燃料电池堆，其具有密闭密封燃料电池单元。燃料电池堆包括：与多个相连部交替的多个固体氧化物燃料电池。每个燃料电池包括阴极、电解质、阳极、和可选的阳极支撑体。燃料电池和相连部成形而使得：当所述堆形成时纵向通道沿纵向延伸通过燃料电池堆。在一些实施方式中，燃料电池和相连部具有环形的形状，并且纵向通道是中心通道，其位于所述堆的轴向中心处。国际专利申请No.PCT/IB2018/053099(“‘099申请”)在此全文(包括其与上述燃料电池堆有关的公开内容)通过引用并入本文。

本文中所述实施方式整体上涉及被构造以实现热管理的电化学电池堆，特别是涉及包括相连部(设置在电化学电池堆的多个电化学电池单元中的每个之间)的电化学电池堆。每个相连部相对于相邻相连部旋转地偏移，以将氧化剂入口吸热扩展到更大比例的电化学电池区域中并减少多个电化学电池单元中的温差。

在一些实施方式中，一种电化学电池堆包括：多个电化学电池单元，每个电化学电池单元包括：阴极、阳极、和设置在所述阴极和所述阳极之间的电解质。电化学电池堆还包括多个相连部，每个相连部设置在相邻的燃料电池单元之间。在每个阳极与相应相邻相连部之间限定燃料通道，所述燃料通道具有燃料入口和燃料出口。在每个阴极与相应相邻的相连部之间限定氧化剂通道，所述氧化剂通道具有氧化剂入口和氧化剂出口。所述多个电化学电池单元和相连部包括：第一燃料电池单元、邻近于所述第一燃料电池单元的第一相连部、邻近于所述第一相连部的第二燃料电池单元、和邻近于所述第二燃料电池单元的第二相连部。所述第二相连部相对于所述第一相连部围绕所述燃料电池堆的纵向轴线旋转地偏移。