[发明专利]陶瓷与金属共支撑扁管、电池/电解池、电池堆结构

说明书

本发明提供了一种陶瓷与金属共支撑扁管、电池/电解池、电池堆结构。其中，所述结构包括多孔陶瓷扁管支撑体、扁管状金属箔；扁管状金属箔包裹多孔陶瓷扁管支撑体；扁管状金属箔的封闭端、开口端以及金属箔多孔区域；其中，扁管状金属箔的封闭端和扁管状金属箔的开口端均为无孔区域，多孔区域用于燃料气体流通。通过本发明提供的结构，由陶瓷与金属共支撑扁管中封闭端和开口端，分别与电解质层接触，达到自密封的目的，有效解决了金属支撑型固体氧化物燃料电池中存在的密封问题。

技术领域

本发明涉及能源技术领域，特别是涉及陶瓷与金属共支撑扁管、电池/电解池、电池堆结构。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell缩写为SOFC)是一种固态发电装置，其发电效率高，工作时无噪音，无污染，不经过燃烧而是直接将燃料的化学能转化为电能。固体氧化物燃料电池功能层主要包括阳极，电解质，阴极三个功能层。

目前研制开发的SOFC结构中,主要有管式和平板式两种基本结构。两者最大的区别在于收集电流传导方向是垂直于电解质薄膜方向还是平行于电解质薄膜方向。平板式燃料电池的优点在于，电流路径小，功率密度大，易于设计串并联结构。但其缺点在于高温下密封较难，其典型的工作温度在600-800℃之间，为了隔离阳极侧的燃料气体与阴极侧的氧化气体，需要选择耐高温的密封方式或材料。

管式SOFC优点有无需高温密封(可以在冷端进行密封)、性能稳定、运行数万小时无明显衰减等。由于其优异的密封性能，可以使得电池工作温度有较大提升，获得更大的功率输出。管式电池的缺点在于其电流路径较长，阴极侧电流收集较为困难。

扁管固体氧化物燃料电池结合了平板与管式固体氧化物燃料电池的设计，既保留了管式一定的密封性能，又改善了电流收集路径，是一种应用于小型化设备的设计。然而现有的扁管式固体氧化物燃料电池的支撑采用的是阳极支撑，通常为镍基金属陶瓷，成本较高且脆性较大，电导率不及金属，不利于电池的长期稳定运行，且现有的扁管式电池功能层只覆盖扁管一面，体积功率密度不高。

金属支撑固体氧化物燃料电池是一种新型结构，采用多孔金属作为支撑体，在其上制备阳极、电解质和阴极，由于支撑体为金属，电极与电解质部件可以制备成薄膜形式，大大降低了电池内阻与电极极化，提升了电池性能。

但是，金属支撑型固体氧化物燃料电池以平板式为主，更需要解决密封问题，若采用成熟的焊接技术进行连接，则存在高温下导致的密封性能差的问题，并且金属支撑型固体氧化物燃料电池还存在重量过高的问题。

发明内容

本发明提供一种陶瓷与金属共支撑扁管、电池/电解池、电池堆结构，主要解决金属支撑型固体氧化物燃料电池中存在的密封问题和重量过高的问题。

第一方面，本发明提供了一种陶瓷与金属共支撑扁管结构，所述结构包括多孔陶瓷扁管支撑体、扁管状金属箔；所述扁管状金属箔包裹所述多孔陶瓷扁管支撑体；

所述多孔陶瓷扁管支撑体为包括封闭端和开口端；所述多孔陶瓷扁管支撑体的开口端开设有燃料气体进口和燃料气体出口；所述燃料气体进口用于通入燃料气体；所述燃料气体出口用于燃料气体流出；所述多孔陶瓷扁管支撑体的内部设置有燃料气体流道，用于燃料气体流通；

所述扁管状金属箔包括封闭端、开口端以及金属箔多孔区域；其中，所述扁管状金属箔的封闭端和所述扁管状金属箔的开口端均为无孔区域；

其中，所述多孔陶瓷扁管支撑体的开口端与所述扁管状金属箔的开口端位于所述陶瓷与金属共支撑扁结构的同一端。

优选地，所述多孔陶瓷扁管支撑体具有上平面和下平面，上平面与下平面的间距为3毫米～20毫米；

所述多孔陶瓷扁管支撑体的宽度大于所述间距的2倍以上；

所述多孔陶瓷扁管支撑体的孔隙率为15～60％。