[发明专利]一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电堆的集成方法

说明书

本发明提供一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电堆的集成方法。该方法将相邻的两个对称双阴极结构固体氧化物燃料电池单元A与B的阴极层相对，并在二者阴极层之间设置阴极连接件，该阴极连接件为柔性导电连接件。因此，在装配时可以调节各电池单元之间的距离，从而保证电堆的外部尺寸一致，便于安装和调试；同时，各电池单元的阴极表面能够良好地贴合，从而降低接触电阻，提升电堆的输出功率；并且，可避免安装和拆卸中损坏电池单元本体，可多次拆装循环使用，具有市场使用前景。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电堆的集成方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种可以直接将化学能转化为电能的能量转换装置。SOFC具有能量转化效率高，对环境友好等优点，因此受到了研究者们的广泛关注。

SOFC的基本结构包括多孔阳极，多孔阴极以及致密的电解质层。在阳极中通入燃料，同时在阴极通入氧化剂气体后，电解质和电极三相界面处会发生电化学反应产生电子，电子通过外电路形成放电回路，产生电能与热能。在实际应用中，需要将SOFC基本结构与金属或陶瓷等连接件部件组合成SOFC电芯，再进一步串并联成大功率电堆给用电设备供电。

现有电堆为多电池片堆叠而成，而各电池片之间存在微小的厚度差异是不可避免的。但是，多个电池片堆叠后所述的“微小的厚度差异”会因叠加而放大，最后导致电堆的厚度差异相当大，主要表现为电堆不平整、扭曲、高低不一，更严重的会导致电堆梯形化。这样的电堆装配和拆卸难度大，同时影响电池密封性能。另外，在使用过程中，其中一片单电池破裂或者故障会导致其它单电池破裂和故障。

专利文献CN 106033819A公开了一种以支撑电极层为中心的上下对称分布型电池结构，并且支撑电极层内部具有中空通道(或孔洞)，燃料气体与氧化剂气体分别自中空通道(或孔洞)以及平板上下两侧通入，通过电解质与电极形成氧化气体离子传导和外部电路的电子传导，形成放电回路。该结构有利于在电池烧结过程中保持电池的平整性；同时由于发生电化学反应的三相界面位于支撑电极层的上下两侧，因此产生的热应力得到有效抵消，可大幅度减小了热应力，降低电解质与电极受到损伤，从而能够有效保护电池在高温以及冷热循环等恶劣条件下的运行；另外，传统电池结构单元的厚度为400～1000μm，该中空上下分布的电极支撑型结构的厚度可增大到传统结构的10倍以上，因此具有较高的机械强度，并且易于制备大面积电池，可开展二次加工。

当阳极层为支撑层时构成对称双阴极结构固体氧化物燃料电池，此时，空气中的氧气经阴极在高温下发生电化学反应生成氧离子，经过氧离子导体电解质，和多孔阳极中的氢气发生电化学反应生成水，并释放电子。电子则通过阳极金属电极(即，连接阳极层的金属电极)、外电路负载，以及阴极金属电极(即，连接阴极层的金属电极)产生电效能。该对称双阴极结构固体氧化物燃料电池是基于管式结构和平板式结构的电池基础上发展而来，继承了管式电池结构强度高、易密封的优点，也继承了平板式电池功率密度高的优点。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电堆的集成方法，具有集成后电堆平整，装配和拆卸容易，可避免电池单元破裂受损的优点。

本发明的技术方案为：一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电堆的集成方法，将多个所述对称双阴极结构固体氧化物燃料电池单元集成为电堆；

所述对称双阴极结构固体氧化物燃料电池单元以阳极为支撑层，呈上下分布结构，即，所述电池结构单元中，阳极层、电解质层以及阴极层沿厚度方向上下层叠，电解质层包括第一电解质层与第二电解质层，第一电解质层位于阳极层的上表面，第二电解质层位于阳极层的下表面；阴极层包括第一阴极层与第二阴极层，第一阴极层位于第一电解质层的上表面，第二阴极层位于第二电解质层的下表面；并且，阳极层设置用于燃料气体流通的中空通道；