[发明专利]一种管状固体氧化物燃料电池制造系统及方法

说明书

本发明公开了一种管状固体氧化物燃料电池制造系统及方法，涉及能源、材料加工及电力领域，该制造系统包括管状电池夹持及旋转子系统、等离子喷涂子系统、激光预热子系统以及总控制子系统，在总控制子系统的控制下，等离子喷涂子系统中的等离子喷枪与激光预热子系统中的激光整形头可沿管状电池的轴向同步匀速运动，管状电池可按预设转速匀速转动，以使管状电池表面被所述激光束加热的区域被同步运动的所述等离子喷枪喷射的熔融粒子束流喷涂，从而实现了非接触式原位预热加工方式，避免了制备每根管状电池都需要重复进行的加热器安装操作，同时能保障制备得到的管状电池上如电解质层、串联连接层等功能层的致密性和高导电率。

技术领域

本发明涉及能源、材料加工及电力领域，具体涉及一种管状固体氧化物燃料电池制造系统及方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，简称SOFC)是一种将燃料中的化学能直接转换为电能的发电装置。作为一种备受关注的新型发电装置，固体氧化物燃料电池具有很多优势：固体氧化物燃料电池具有良好的燃料适应性，可使用天然气、甲烷、煤气、沼气、氢气等气体作为燃料；固体氧化物燃料电池发电过程中产生的污染几乎可以忽略；固体氧化物燃料电池的全固态结构使其避免了使用液态电解质带来的腐蚀和电解液流失等问题；相比于发电效率最大约为48％的传统火力发电，固体氧化物燃料电池的发电效率不受卡诺循环的限制，固体氧化物燃料电池可以与燃气轮机联合发电，从而将发电效率提升至60-70％，在此基础上，如果能合理利用高质量余热进行热电联产，可将燃料化学能的转换效率提升至80-90％，或90％以上。

目前固体氧化物燃料电池主要有管状与板状两类结构。由于电荷在电解质中迁移的路径更长，所以管状固体氧化物燃料电池相较于板状固体氧化物燃料电池有更高的欧姆内阻，管状固体氧化物燃料电池因其可设计为高温自封闭结构，可避免高温密封这一技术难题，电池之间的串、并联较容易实现，所以由管状固体氧化物燃料电池组成的电池堆组装相对简单。管式固体氧化物燃料电池目前已在世界上示范运行了多台百千瓦级系统，均表现出良好的长期稳定性和发电效率。

目前，固体氧化物燃料电池的制备工艺主要有气相沉积法，包括物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电子气化学气相沉积(EVD)、电子束物理气相沉积(EB-PVD)；陶瓷粉末烧结法，包括丝网印刷、流延成型等。气相沉积法成本较高，且成品尺寸受沉积腔室的限制。烧结法成本较低且厚度控制更容易，但对烧结工艺的要求较高，高温烧结过程中容易出现翘曲、开裂、电解质与电极界面处发生反应等问题，特别是界面反应不利于电池输出性能的提升，而且陶瓷烧结不适用于复杂外形的电池制备。

发明内容

本发明实施例提供了一种管状固体氧化物燃料电池制造系统及方法，可以克服上述问题，避免了制备每根管状电池都需要重复进行的加热器安装操作，同时能保障制备得到的管状电池上如电解质层、串联连接层等功能层的致密性和高导电率，有利于提升电池的输出性能。

为了解决上述问题，从一方面，本发明公开了一种管状固体氧化物燃料电池制造系统，包括：

管状电池夹持及旋转子系统，所述管状电池夹持及旋转子系统用于夹持管状电池和驱动管状电池旋转；

等离子喷涂子系统，所述等离子喷涂子系统包括等离子喷枪，所述等离子喷涂子系统用于控制所述等离子喷枪向管状电池表面喷射熔融粒子束流；

激光预热子系统，所述激光预热子系统包括激光整形头，所述激光预热子系统用于控制所述激光整形头向管状电池表面照射激光束；

总控制子系统，与所述管状电池夹持及旋转子系统、所述等离子喷涂子系统以及所述激光预热子系统分别连接，所述总控制子系统用于控制所述等离子喷枪与所述激光整形头沿管状电池的轴向同步匀速运动，以及控制管状电池按预设转速匀速转动，以使管状电池表面被所述激光束加热的区域被同步运动的所述等离子喷枪喷射的熔融粒子束流喷涂。