[发明专利]金属薄壁管支撑型微管固体氧化物燃料电池、电池堆结构

说明书

本发明提供了一种金属薄壁管支撑型微管固体氧化物燃料电池、电池堆结构。其中，金属薄壁管支撑型微管固体氧化物燃料电池结构包括：燃料气体导气管、金属薄壁管、阳极、电解质以及阴极；燃料气体导气管不与金属薄壁管接触，以形成燃料气体通道；金属薄壁管的封闭端与开口端为无孔区域，分别位于金属薄壁管的多孔区域的两端；多孔区域中分布有孔向垂直于所述金属薄壁管的轴线的圆柱形微孔，且圆柱形微孔贯穿金属薄壁管的管壁。通过本发明提供的金属薄壁管支撑型微管固体氧化物燃料电池结构，有效解决了微管固体氧化物燃料电池启动慢、功率密度低、浓差极化大等问题。

技术领域

本发明涉及能源技术领域，特别是涉及一种金属薄壁管支撑型微管固体氧化物燃料电池、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。以平板为主的金属支撑型固体氧化物燃料电池，任然需要解决密封问题，同时需要提高其启动速度。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。而管式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。

但是，一般地管式固体氧化物燃料电池由于体积较大，因此其电流导出路径较长，加热较慢，启动较慢，这严重制约了管式固体氧化物燃料电池的发展。为此，改用微管固体氧化物燃料电池解决加热启动较慢的问题。国内曾有学者采用烧结的方式制备多层金属微管作为微管固体氧化物燃料电池的支撑体，但这样的金属微管结构复杂，且密封不易；此外，烧结结构的支撑体中由于孔隙的路劲较长，不利于气体扩散，因此，这样的结构并没有减少浓差极化带来的问题。

发明内容

本发明提供一种金属薄壁管支撑型微管固体氧化物燃料电池、电池堆结构，以解决微管固体氧化物燃料电池启动慢、功率密度低、浓差极化大等问题。

第一方面，本发明提供了一种金属薄壁管支撑型微管固体氧化物燃料电池结构，所述结构由内到外依次为：燃料气体导气管、金属薄壁管、阳极、电解质以及阴极；

所述燃料气体导气管设置于所述金属薄壁管中，且不与所述金属薄壁管接触，形成燃料气体通道；

所述金属薄壁管的外表面由内到外依次覆盖阳极、电解质以及阴极；

所述金属薄壁管包括封闭端、开口端以及多孔区域；所述封闭端与所述开口端为无孔区域，分别位于所述多孔区域的两端；

所述多孔区域中分布多个圆柱形微孔，所述圆柱形微孔的孔向垂直于所述金属薄壁管的轴线，所述圆柱形微孔贯穿所述金属薄壁管的管壁。

优选地，所述燃料气体导气管包括第一开口端和第二开口端；所述第一开口端用于将燃料气体引至所述第二开口端，所述第二开口端用于将燃料气体引至所述金属薄壁管中；

其中，所述第一开口端与金属薄壁管的开口端位于同一端，所述第二开口端与金属薄壁管的封闭端位于同一端。

优选地，所述燃料气体导气管的所述第二开口端，到所述金属薄壁管的所述封闭端的距离小于等于10mm；

所述燃料气体导气管与所述金属薄壁管的间隙大于1mm。

优选地，所述金属薄壁管的内直径取值范围为3mm～12mm，所述金属薄壁管的长度为50mm～500mm，所述金属薄壁管的管壁厚度为0.1～0.5mm。

优选地，所述金属薄壁管的多孔区域的长度占所述金属薄壁管的长度的50％～90％。