[发明专利]一种燃料电池片、燃料电池单元及燃料电池组件

说明书

本发明公开了一种燃料电池片，具有多个燃料电池单元，所述多个燃料电池单元位于支撑体之上，所述支撑体包括气体流通区域以及气体密闭区域；所述燃料电池单元由下至上依次包括阳极块、电解质层与阳极串联接触块、阴极块，所述阳极块位于支撑体气体流通区域之上，所述电解质层包围所述阳极串联接触块并均置于阳极块之上，每个燃料电池单元之间的阳极块被电解质层隔绝；所述阳极块、电解质层与阳极串联接触块、阴极块依次错位堆叠，所述阳极串联接触块与前一燃料电池单元的阳极块以及后一燃料电池单元的阴极块接触，通过电连接实现多个燃料电池单元之间串联。

【技术领域】

本发明属于燃料电池领域，尤其涉及固体氧化物燃料电池，更确切的说涉及一种固体氧化物燃料电池片和燃料电池组件。

【背景技术】

固体氧化物燃料电池单体由固体电解质、阳极及阴极组成。氧气或空气从阴极侧流道入口流入；氢气或碳氢化合物重整气从阳极侧流道入口流入。氧气或空气中的氧分子到达阴极，并从阴极得到电子变成氧离子，氧离子从电解质中通过，到达阳极；氢气或碳氢化合物重整气中的氢气分子到达阳极，放出一个电子变成氢离子。氧离子和氢离子反应生成水气，和剩余的氢气或碳氢化合物重整气一起从阳极侧流道出口流出；剩余的氧气或空气从阴极侧流道出口流出；电子通过用电负载到达阴极形成电流。

固体氧化物燃料电池常用的结构为管式tubular和平板式planar，管式是较为发展早的一种方式也较为成熟，其单电池由一端封闭、一端开口的管构成，最内层是多孔支撑管，由里向外依次是阳极、电解质和阴极薄膜。但管式SOFC电极之间间距大，电流通过电池的路径较长，内阻损失较大，功率密度较低。另一种平板式几何形状简单，由阳极、电解质、阴极组成单体电池，由两侧提供气体通道，单体电池由两边带槽的金属连接件连接相邻的阴极和阳极来收集电流，称为集流。目前，为了降低金属连接件和电池阳极、阴极的接触电阻，一般通过对连接件和电池单体施加压力；或者在阴极面印刷银浆，使接触面增大。如果电池和连接件的配合度不佳，将导致接触不良，这一方面会增加接触电阻；另一方面导致流过电池各部分的氧离子流量不一致，长期使用将使电池各部分发热不一致而导致电池损坏。另外由于银的熔点比较低，长期使用银会逐渐堵塞阴极的多孔结构，而使氧分子不能进入阴极。连接面和电极的接触面越大，对制造工艺的要求就越高，集流就越困难。

TW200605428A公开了一种串联式的PEM燃料电池，通过设计台阶式极板与膜电极配合形成电池单元间的串联，然而其整体结构与SOFC电池差别较大，不适合于高温环境，而且极板台阶式设计对成型工艺要求较高，也未解决集流难的问题；US20080152982A1中提及了一种SOFC燃料电池，通过把燃料电池分割成燃料电池单元，每个燃料电池单元通过金属网及螺栓的紧固作用提高集中流接触面积。虽然燃料电池之间通过布线形成串联连接，但其燃料电池单元之间是并联结构，并不能降低集流电流。但一方面布线的设置让容易出现连接不良的问题，集流受到接触电阻的影响，而且燃料电池之间较大的间隔距离也影响整个电池组件的利用效率；另一方面，每个燃料电池单元仍需要印刷金属网导电体连接阳极层与阴极层，需要压力压紧固定，接触电阻带来的影响仍存在，且接触不良影响集流的问题亦未解决。

【发明内容】

本发明通过设计支撑体，使固体氧化物燃料电池单元串联使用，达到电池单元达到高电压小电流的电输出，并保持电池单元电流一致，从而解决集流困难以及电池耐久性的问题。本发明技术方案通过以下实现：

一种燃料电池片，其具有多个燃料电池模块，所述多个燃料电池模块位于支撑体之上，所述支撑体包括气体流通区域以及气体密闭区域；所述燃料电池模块由下至上依次包括阳极块、电解质层与阳极串联接触块、阴极块，所述阳极块位于支撑体气体流通区域之上，所述电解质层包围所述阳极串联接触块并均置于阳极块之上，每个燃料电池模块之间的阳极块被电解质层隔绝；所述阳极块、电解质层与阳极串联接触块、阴极块依次错位堆叠，所述阳极串联接触块与前一燃料电池模块的阳极块以及后一燃料电池模块的阴极块接触，通过电连接实现多个燃料电池模块之间串联。

进一步的，所述阳极块包括阳极突出部，所述阳极串联接触块位于阳极突出部之上。