專利名稱：一種平板型中溫固體氧化物燃料電池堆連接部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及固體氧化物燃料電池堆的連接部件。
背景技術(shù)：
平板型中溫(操作溫度500-800℃)固體氧化物燃料電池的連接部件是影響電池堆性能(包括輸出功率密度、使用壽命、冷-熱循環(huán)性能)的關(guān)鍵組件之一。位于兩個單電池之間的連接部件具有集電、串聯(lián)聯(lián)接兩個相鄰的單電池、兩側(cè)與兩個單電池分別構(gòu)成氧氣室和燃料氣室等功能；連接部件的一側(cè)是強氧化性的氧氣，另一側(cè)是強還原性的燃料氣；連接部件的設(shè)計直接影響電池堆的密封。因此，平板型中溫固體氧化物燃料電池的連接部件必須具備優(yōu)良的電子導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性、與相鄰材料的匹配性(熱匹配和化學(xué)匹配)，以及有利于密封。
2001年7月澳大利亞第13屆國際固態(tài)離子學(xué)會議《論文摘要》第103頁指出，固體氧化物燃料電池的中溫化，使采用鐵基不銹鋼作為電池堆的連接材料成為可能，但由于鐵基不銹鋼材料表面的氧化銹蝕，會導(dǎo)致與相鄰單電池之間的接觸電阻增大。該《論文摘要》第111頁指出，中溫固體氧化物燃料電池技術(shù)中一個急待研究解決的問題，是電池堆的電輸出性能遠低于單電池的電輸出性能，即急需解決電池堆的密封和單電池之間的電連接問題。
現(xiàn)有的鐵基不銹鋼連接部件存在著以下問題1)表面氧化銹蝕使連接部件與相鄰單電池電極之間的接觸電阻不斷增大；2)在電池堆的升溫或降溫度過程中，由于連接部件與相鄰單電池的熱不匹配，連接部件與相鄰單電池之間出現(xiàn)嚴重的熱應(yīng)力，致使單電池破裂及電池堆密封遭破壞，導(dǎo)致電池堆性能嚴重下降；3)鐵基不銹鋼中鉻合金元素在使用過程中的蒸發(fā)及在單電池上沉積，會導(dǎo)致單電池的性能和電池堆性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種抗氧化銹蝕、熱匹配性能好，利于電池堆密封的平板型中溫固體氧化物燃料電池堆連接部件。
這種平板型中溫固體氧化物燃料電池堆連接部件，包括部件1和部件2；其特征在于部件1采用矩形金屬薄板、其四角各裁去一個尺寸相同的矩形塊，然后沿中間矩形的邊將左右相對的兩塊突出矩形向上折90°，另一對前后相對的突出矩形向下折90°，形成交叉共底的雙U型結(jié)構(gòu)，其共底與組成電池堆的平板單電池(PEN)的平面尺寸相配合，作為開口向上U型的底，其下面貼有尺寸相同并與之成電連接的另一塊金屬板，作為開口向下U型的底，該上、下U型的底面上分別均勻分布有高度相等、分別向上、下突起的中空圓臺3和4；將上U型的左右兩個側(cè)面向內(nèi)折90°，然后再向下折90°，形成截面為矩形的中空墻體5，其高度與上U型底面上圓臺3的高度相等，寬度1-5mm將下U型的前后兩個側(cè)面向內(nèi)折90°，然后再向上折90°，形成截面為矩形的中空墻體6，其高度與下U型底面上梯形圓臺4的高度相等，寬度1-5mm；墻體5和墻體6的空腔內(nèi)分別填有尺寸與空腔尺寸相配合的陶瓷塊7和陶瓷塊8，陶瓷塊7、8的兩個端面與墻體5、6的端口平齊；部件2采用矩形金屬薄板、四角各裁去一個尺寸相同的矩形后，在其四個突出矩形的八個角再各裁去一個尺寸相同的小矩形，其大小與部件1墻體5、6的寬度相對應(yīng)；沿中間矩形的邊，將左右相對的兩塊突出部分向上折90°，形成上U型的兩個側(cè)面10，另一對前后相對的突出部分向下折90°形成下U型的兩個側(cè)面12，得到的交叉、共底雙U型結(jié)構(gòu)，其共底與部件1雙U型共底的尺寸相同，作為開口向上U型的底，其下面貼有尺寸相同并與之成電連接的另一塊金屬板，作為開口向下U型的底；上U型的底面上均勻分布有高度相等、向上突起的中空圓臺9，其頂端面與位于該U型上口的上PEN的陽極(或陰極)面接觸；沿上U型左右側(cè)面上角兩個小矩形的下邊所在線，將金屬薄板10再向內(nèi)折90°，對上PEN形成部分包裹，包裹金屬薄板與上PEN之間的接觸面用密封材料實施氣密封，構(gòu)成上、下、左、右四面密封、前后相通以進出氣體的燃料氣(或氧氣)室；下U型的底面上同樣均勻分布有高度相等、向下突起的中空圓臺11，其下頂端面與位于該U型下口的下PEN的陰極(或陽極)面接觸，沿下U型前后側(cè)面下角兩個小矩形的上邊所在線，將金屬薄板12再向內(nèi)折90°，對下PEN形成部分包裹，包裹金屬薄板與下PEN之間的接觸面用密封材料實施氣密封，構(gòu)成上、下、前、后四面密封、左右相通以進出氣體的氧氣(或燃料氣)室；部件2中，上、下PEN的電極分別只與圓臺9或11接觸；當(dāng)PEN采用電解質(zhì)支撐時，將PEN陰極和陽極兩面的周邊向內(nèi)縮小與金屬薄板包裹PEN的裹寬度相對應(yīng)的寬度，使PEN陰極、陽極兩面的周邊露出非電子導(dǎo)體的電解質(zhì)支撐體；當(dāng)PEN采用陽極支撐或陰極支撐時，在PEN陰極和陽極兩面的四周，涂有致密電絕緣材料膜，形成電絕緣的周邊，其寬度與金屬薄板包裹PEN的裹寬度相對應(yīng)；金屬薄板的表面涂/鍍有致密抗氧化惰性金屬保護層；部件1和部件2對齊、側(cè)面錯開90°交替疊置，部件1的下U型的側(cè)面墻體6的頂面與部件2的上PEN接觸，接觸面用密封材料實施氣密封，構(gòu)成上、下、前、后四面密封，左右相通以進出氣體的氧氣(或燃料氣)室，部件1的上U型側(cè)面墻體5的頂面與部件2的下PEN接觸，接觸面用密封材料實施氣密封，構(gòu)成上、下、左、右面密封，前后相通以進出氣體的燃料氣(或氧氣)室，構(gòu)成電池堆堆芯。
所述部件1和2采用厚度為0.1～1mm的矩形金屬薄板，其金屬材料包括銅及其合金，鐵及其合金，鋁及其合金，鈦及鈦合金；所述金屬薄板表面所涂/鍍的致密抗氧化惰性金屬包括Ag、Au、Pt、Pd、Rh或Ru。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，由于本發(fā)明平板型中溫固體氧化物燃料電池堆連接部件1和2采用0.1～1mm厚的金屬薄板制造，有利于部件1和2的變形和吸收應(yīng)力；由從U型底面突起的圓臺將各PEN串聯(lián)構(gòu)成電池堆的堆芯；PEN與金屬連接件之間的分散接觸和中空圓臺3、4、9、11良好的變形和應(yīng)力吸收能力，可使金屬連接部件與PEN之間的應(yīng)力得到有效釋放，有利于實現(xiàn)連接部件與PEN之間的熱匹配；本發(fā)明連接部件采用了多種有利于電池堆密封措施其一，部件1和2使用整體金屬薄板構(gòu)成交叉共底雙U型結(jié)構(gòu)；其二，部件2的U型側(cè)面金屬薄板部分包裹PEN，接觸面使用密封材料密封，即采用了包裹式密封措施，使雙U型結(jié)構(gòu)共底面的上、下兩側(cè)分別形成各自獨立的氧氣室和燃料氣室；其三，部件1和部件2之間的采用面接觸密封，大大提高了實現(xiàn)電池堆有效密封的可行性和可靠性；由于本發(fā)明連接部件的金屬材料表面涂有致密的抗氧化惰性金屬保護層，避免了連接部件表面在使用條件下的氧化銹蝕，從而保證了金屬連接部件與PEN始終處于良好的電接觸狀態(tài)，并保護了電池堆單電池免受污染。
以下結(jié)合


本發(fā)明的實施步驟。

圖1為由本發(fā)明平板型中溫固體氧化物燃料電池堆連接部件構(gòu)成電池堆堆芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明平板型中溫固體氧化物燃料電池堆連接部件1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明平板型中溫固體氧化物燃料電池堆連接部件2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為電池堆夾具，氧氣(或空氣)和燃料氣的輸入/輸出，以及電池堆的密封示意圖，圖中的箭頭表示燃料氣或氧氣的流動方向。
具體實施例方式實施例1本實施例采用Sm0.2Ce0.8O2(SDC)電解質(zhì)層支撐的PEN，公稱面積為50×50mm2，總厚度0.5mm，La0.65Sr0.35Co0.2Fe0.8O3陰極和Ni-SDC陽極的厚度約為50μm，兩面的電極(陰極和陽極)的四邊向內(nèi)縮小3mm，即PEN的有效面積為44×44mm2；擬構(gòu)筑4-PEN的電池堆。制作過程如下部件1采用厚0.2mm、面積為60×60mm2正方形銅板、四角分別裁去一個5×5mm2的正方形，中間50×50mm2的正方形作為上U型的底，上面均勻分布21行、19列沖壓成型出向上突起的中空圓臺3，其高度為1.5mm，頂面直徑1mm，錐度為30°，中心間距為2.2mm；另用一塊面積為50×50mm2、厚0.2mm的正方形銅板，用作部件1的下U型的底，在該底上均勻分布19行、21列沖壓成型出向下突起的中空圓臺4，圓臺高度1.5mm，頂面直徑1mm，錐度30°，中心間距為2.2mm；將上U型底上的圓臺3向上突起，下U型底上的圓臺4向下突起，下U型的底對齊貼在上U型底的下面采用點焊技術(shù)將該上下U型兩個底焊接成一體，焊點均勻分布，每個焊點的面積約0.2mm2，使上底與下底的電接觸面積不小于U型底總面積的13％；將左右突出的矩形金屬板，先沿中間正方形的邊向上折90°，再沿距中間正方形的邊1.5mm的線向內(nèi)折90°，然后沿距中間正方形的邊3.5mm的線向下折90°，形成高度與上U型底面上圓臺3的高度相等的中空矩形墻體5；將前后突出的矩形金屬板，先沿中間正方形的邊向下折90°，再沿距中間正方形的邊1.5mm的線向內(nèi)折90°，然后沿距中間正方形的邊3.5mm的線向上折90°，形成高度與下U型底面上圓臺4的高度相等的中空矩形墻體6，墻體5、6的頂面寬度均為2mm；將成型后的部件1在500℃，還原氣氛爐內(nèi)退火2小時，消除存在的加工及焊接應(yīng)力；經(jīng)整形后，采用化學(xué)鍍技術(shù)在成型后的部件1的金屬薄板表面鍍一層厚度約6μm的致密抗氧化惰性金屬銀；最后在墻體5的空腔內(nèi)填入尺寸為1.25×1.75×50mm的氧化鋁陶瓷塊7，在墻體6的空腔內(nèi)填入尺寸為1.25×1.75×50mm的氧化鋁陶瓷塊8；至此，得到可供構(gòu)筑電池堆堆芯使用的、交叉共底雙U型結(jié)構(gòu)的部件1。
部件2采用厚0.2mm、面積為58×58mm2的正方形銅板，其四個角各剪掉一個4×4mm2的正方形，四邊突出的四個相等矩形的八個外角再分別裁掉一個2.5×2.5mm2的正方形，中間50×50mm2的正方形作為上U型的底，在上U型的底上均勻分布沖壓成型出總計21行、21列向上突起的圓臺9，其高度為1.5mm，頂面直徑1mm，錐度為30°，中心間距為2.2mm；另裁一塊面積為50×50mm2、厚0.2mm的正方形銅板，用作部件2下U型的底，在該底上均勻分布21行、21列沖壓成型出向下突起的圓臺11，高度1.5mm，頂面直徑1mm，錐度30°，中心間距為2.2mm；然后將下U型的底對齊貼在上U型底的下面，上U型底上的圓臺9向上突起，下U型底上的圓臺11向下突起，采用點焊技術(shù)將上下U型的底焊接成一體焊點均勻分布，每個焊點的面積約0.2mm2，使上底與下底的電接觸面積不小于U型底總面積的13％；將左右突出部分的金屬板沿中間矩形的邊向上折90°，形成上U型的側(cè)面10，再沿距上邊緣向下2mm的線向內(nèi)折90°，將該2mm寬的折邊用來部分包裹、固定位于上U型口的PEN板；將前后突出部分的金屬板沿中間矩形的邊向下折90°，形成下U型的側(cè)面12，再沿距下邊緣向上2mm的線向內(nèi)折90°，將該2mm寬的折邊用來部分包裹、固定位于下U型口的PEN板；將成型后的部件2在500℃，還原氣氛爐內(nèi)退火2小時，消除存在的加工及焊接應(yīng)力；經(jīng)整形后，采用化學(xué)鍍技術(shù)在成型后的部件2的金屬薄板表面鍍一層厚度約6μm的致密抗氧化惰性金屬銀；最后將兩塊厚度為0.5mm的PEN板分別置于部件2的上、下U型口位置，位于上U型口的PEN陰極(或陽極)面向上、陽極(或陰極)面向下與底面上圓臺9的上頂面接觸，位于下U型口的PEN陰極(或陽極)面向上與底面上圓臺11的上頂面接觸、陽極(或陰極)面向下；包裹金屬板與PEN(電解質(zhì)層)之間的接觸面均使用銀漿做密封材料，實施氣密封；這樣，以中間圓臺9做支撐，由上U型的兩個側(cè)面10、底面和PEN板，構(gòu)成上、下、左、右四面密封、前后相通的燃料氣(或氧氣)室；以中間圓臺11做支撐，由下U型的兩個側(cè)面12、底面和PEN板，構(gòu)成上、下、前、后四面密封、左右相通的氧氣(或燃料氣)室；至此，得到可供構(gòu)筑電池堆堆芯使用的、上、下U型口都具有PEN板的、交叉共底雙U型結(jié)構(gòu)的部件2。
取三個部件1和兩個部件2，將側(cè)面相互錯開90°對齊、以(電)串聯(lián)連接方式相互交替疊置部件1下U型的側(cè)面墻體6與部件2上U型的側(cè)面10錯開90°，部件2下U型的側(cè)面12與部件1上U型的側(cè)面墻體5錯開90°；部件1下U型的側(cè)面墻體6的頂面與部件2上U型的PEN(電解質(zhì)層)之間的接觸面，用銀漿做密封材料實施氣密封，形成上、下、前、后四面密封，左右相通的氧氣(或燃料氣)室；部件1上U型的側(cè)面墻體5的頂面與部件2的下U型的PEN(電解質(zhì)層)之間的接觸面，用銀漿實施氣體密封，形成上、下、左、右面密封，前后相通的燃料氣(或氧氣)室；至此，得到總高度約22mm，由從U型底面突起的圓臺將各PEN串聯(lián)構(gòu)成的4-PEN電池堆堆芯。
在制作部件2時，四個相等矩形的八個外角分別裁掉了一個2.5×2.5mm2的正方形，保證了部件1和部件2交替疊置時，部件1和部件2的金屬板之間不會有電接觸；本實施例，電池堆各PEN的陰極面和陽極面與圓臺接觸的總面積為PEN陰極或陽極有效面積的13.8％。
本實施例中采用了0.2mm厚的銅板來進行沖壓成型制作部件1和部件2，該銅板也可以采用其他金屬材料的薄板，如銅-鋅合金、鐵、鐵合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金等金屬薄板，厚度可以在0.1-1mm范圍內(nèi)選擇；在連接部件的強度滿足使用要求的條件下，原材料金屬薄板的厚度越小，越有利于部件1和部件2金屬薄板的變形和吸收應(yīng)力能力的提高。除沖壓成型外，也可采用包括焊接，粉末冶金，精密鑄造在內(nèi)的其他成型技術(shù)。部件1和部件2的U型底面上圓臺3、4、9、11的成型若采用沖壓成型技術(shù)，則原材料金屬薄板厚度的選擇還應(yīng)考慮成型過程中材料的碾展形變量。
本實施例中，部件1和部件2的U型底面上中空圓臺3、4、9、11的尺寸以及圓臺的間距均相同，但也可以各不相同，甚至同一U型底面上圓臺的尺寸也不相同，但同一U型底面上的圓臺，其高度必須相等。中空圓臺的功能其一，通過圓臺頂面與PEN電極(陰極，陽極)的接觸，實現(xiàn)兩個相鄰的PEN的電聯(lián)接；二是由圓臺突起以外的空間，形成陽極和陰極的反應(yīng)氣室；因此，中空圓臺尺寸的選擇應(yīng)綜合考慮1)中空圓臺的高度影響氣室的大小，影響反應(yīng)氣體通過氣室所受的阻力；圓臺的高度越大，氣室內(nèi)氣流所受到的阻力越小；但圓臺高度增加將加大電池堆PEN之間的距離，降低電池堆的體能量密度；考慮到平板式PEN的尺寸一般不超過300×300mm2，圓臺的高度可在0.5～1.5mm范圍內(nèi)選擇；2)中空圓臺頂面直徑的大小影響電極的集電和電極反應(yīng)物質(zhì)的輸運，即影響電極的極化過電位，圓臺與PEN的總接觸面一定，每個圓臺的頂面積，或頂面直徑越小越好；因此，圓臺3、4、9、11的頂面直徑最好在0.5-1.5mm范圍內(nèi)選擇；3)圓臺的錐度影響部件1和部件2與PEN的電接觸面，考慮到高度選擇為0.5～1.5mm，頂面直徑選擇為0.5-1.5mm，圓臺的錐度最好在0-40°范圍內(nèi)選擇；4)在圓臺的高度、頂面直徑和錐度確定后，圓臺間距的選擇最好能保證PEN的陰極、陽極與圓臺的接觸面不低于PEN有效電極面積的13％(對于金屬連接部件有效通電截面面積的最低限)。經(jīng)測算，本實施例中電池堆各PEN的陰極面和陽極面與圓臺接觸的總面積達到PEN陰極或陽極有效面積的13.8％。
本實施例中采用的交叉共底雙U型的底為正方形，也可以是長方形；連接部件1的上、下U型的底，以及連接部件2的上、下U型的底可采用焊接或鉚接；部件1的上、下U型側(cè)面墻體5、6的頂面寬度，以及部件2的上、下U型側(cè)面金屬薄板包裹PEN的包裹寬度均為2mm，側(cè)面墻體5、6頂面寬度，以及側(cè)面金屬板的包裹寬度可以在1.5-5mm范圍內(nèi)選擇，以滿足密封需要為限；在部件1的墻體5、6的空腔內(nèi)分別填入的尺寸與空腔尺寸相配合的陶瓷塊7和陶瓷塊8，也可以采用其他材料的不導(dǎo)電陶瓷塊(條)，如YSZ，MgO，TiO2。
本實施例中部件1和部件2金屬薄板表面的致密抗氧化惰性金屬銀采用了化學(xué)鍍涂膜技術(shù)，也可以采用其他涂膜技術(shù)，包括電鍍，等離子體噴涂、激光噴涂；部件1和部件2金屬薄板表面的致密抗氧化惰性金屬銀的涂層厚度為～6μm；抗氧化惰性金屬可以是金屬銀，也可以是其他抗氧化惰性金屬如金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)、鐐(Ru)；致密抗氧化惰性金屬的涂層厚度，可根據(jù)連接部件的使用溫度及使用壽命要求，在2-12μm范圍內(nèi)選擇。
為使電池堆堆芯部件1與部件2之間各密封接觸面在電池堆運行過程中不受破壞并能構(gòu)成兩個相互隔離的氧氣(或空氣)配氣系統(tǒng)和燃料氣配氣系統(tǒng)，一般可采用電池堆夾具將電池堆堆芯夾緊固定。本實施例采用的夾具是一個由耐熱不銹鋼制作、上下帶底的中空殼體13；俯視其軸對稱的內(nèi)腔，中間為一與電池堆堆芯尺寸相配合、長×寬×深＝50.2×50.2×(22+10)mm3的方柱形空腔，底部墊有一塊厚10mm、長×寬＝50.2×50.2(mm)的電絕緣陶瓷板；長×寬×高＝50.2×50.2×22(mm)的電池堆堆芯置于陶瓷板的上面；方柱形空腔的四角，分別有一個以方柱棱邊為軸、半徑為4mm的3/4圓柱空腔18，在該四個3/4圓空腔18內(nèi)充填電絕緣陶瓷密封材料；中間方柱形空腔的四側(cè)有與其相連通的四個對稱、尺寸為長×寬×高＝40×3×22(mm)的長方體空腔，其中左右相對的一組與中間的電池堆堆芯構(gòu)成各單電池氧氣室的配氣室14和總出氣室15，前后相對的另一組與中間的電池堆堆芯構(gòu)成各單電池燃料氣室的配氣室16和總出氣室17；在電池堆堆芯的上面有一塊厚10mm、直徑為80mm的圓形電絕緣陶瓷板；電池堆堆芯位于上下兩塊陶瓷板之間，電池堆堆芯與上下陶瓷板之間的接觸面用銀漿密封；殼體13的上段是內(nèi)螺紋管，上陶瓷板的上面是一塊金屬壓緊板，其邊沿是與內(nèi)螺紋管配合是一段金屬螺栓，上下調(diào)節(jié)金屬螺栓的位置，可將上陶瓷板壓緊，從而將下面的電池堆堆芯固定夾緊。
在電池堆運行前1)先將其加熱到800℃，保溫兩個小時，使3/4圓空腔18內(nèi)的陶瓷密封材料成熔融態(tài)，熔融態(tài)的陶瓷密封材料填充、密封電池堆堆芯與夾具13之間的縫隙；使總氧氣室14、15與總?cè)剂蠚鈿馐?6、17隔離，形成相互密封、隔離的氧氣配氣系統(tǒng)及燃料配氣系統(tǒng)；2)在800℃條件下，燃料氣系統(tǒng)通入燃料約5小時，將陽極中的NiO還原成金屬Ni，作為陽極的電子導(dǎo)電相。
本實施例電池堆以氫氣作燃料，工業(yè)純氧為氧化劑，操作溫度750℃，常壓操作。電池堆運行時，將氧氣由氧氣配氣室14通入各PEN的陰極氣室，在陰極表面，氧氣與來自陽極的電子結(jié)合，發(fā)生還原反應(yīng)生成氧離子，陰極反應(yīng)生成的氧離子擴散穿過PEN的電解質(zhì)層，到達同一個PEN的陽極一側(cè)，沒有反應(yīng)的剩余氧氣進入總出氣室15后排出；將氫氣由燃料配氣室16通入各PEN的陽極氣室，在陽極表面，氫發(fā)生氧化反應(yīng)，生成氫離子并放出電子，氫離子與通過電解質(zhì)從陰極擴散過來的氧離子結(jié)合生成水，電子經(jīng)外電路、或部件1、或部件2的金屬材料輸送至相應(yīng)的陰極，參與發(fā)生在陰極的氧的還原反應(yīng)，陽極反應(yīng)產(chǎn)物水及未反應(yīng)的燃料氣進入燃料氣的總出氣室17并排出。
電池堆第一次啟動運行，并穩(wěn)定24小時后，最大功率密度為0.408W/cm2，4-PEN電池堆的開路電壓4.061V；連續(xù)運行48小時后，沒有觀察到開路電壓及最大功率密度的下降；然后間斷運行，即“啟動——運行——停運行——再啟動——”，每次的運行時間大于24小時，四次循環(huán)、運行時間累計208小時后，開路電壓降低了約63mV，最大功率密度降到0.392W/cm2；對于相同的PEN，采用同樣的操作條件，單電池的最大功率密度為0.401W/cm2。
運行測試結(jié)果證明本實施例電池堆的密封、連接部件的電連接性能良好，電池堆的性能和單電池接近，解決了現(xiàn)有連接部件所存在的問題。
權(quán)利要求
1.一種平板型中溫固體氧化物燃料電池堆連接部件，包括部件1和部件2；其特征在于部件1采用矩形金屬薄板、其四角各裁去一個尺寸相同的矩形塊，然后沿中間矩形的邊將左右相對的兩塊突出矩形向上折90°，另一對前后相對的突出矩形向下折90°，形成交叉共底的雙U型結(jié)構(gòu)，其共底與組成電池堆的平板單電池(PEN)的平面尺寸相配合，作為開口向上U型的底，其下面貼有尺寸相同并與之成電連接的另一塊金屬板，作為開口向下U型的底，該上、下U型的底面上分別均勻分布有高度相等、分別向上、下突起的中空圓臺3和4；將上U型的左右兩個側(cè)面向內(nèi)折90°，然后再向下折90°，形成截面為矩形的中空墻體5，其高度與上U型底面上圓臺3的高度相等，寬度1-5mm；將下U型的前后兩個側(cè)面向內(nèi)折90°，然后再向上折90°，形成截面為矩形的中空墻體6，其高度與下U型底面上梯形圓臺4的高度相等，寬度1-5mm；墻體5和墻體6的空腔內(nèi)分別填有尺寸與空腔尺寸相配合的陶瓷塊7和陶瓷塊8，陶瓷塊7、8的兩個端面與墻體5、6的端口平齊；部件2采用矩形金屬薄板、四角各裁去一個尺寸相同的矩形后，在其四個突出矩形的八個角再各裁去一個尺寸相同的小矩形，其大小與部件1墻體5、6的寬度相對應(yīng)；沿中間矩形的邊，將左右相對的兩塊突出部分向上折90°，形成上U型的兩個側(cè)面10，另一對前后相對的突出部分向下折90°形成下U型的兩個側(cè)面12，得到的交叉、共底雙U型結(jié)構(gòu)，其共底與部件1雙U型共底的尺寸相同，作為開口向上U型的底，其下面貼有尺寸相同并與之成電連接的另一塊金屬板，作為開口向下U型的底；上U型的底面上均勻分布有高度相等、向上突起的中空圓臺9，其頂端面與位于該U型上口的上PEN的陽極(或陰極)面接觸；沿上U型左右側(cè)面上角兩個小矩形的下邊所在線，將金屬薄板10再向內(nèi)折90°，對上PEN形成部分包裹，包裹金屬薄板與上PEN之間的接觸面用密封材料實施氣密封，構(gòu)成上、下、左、右四面密封、前后相通以進出氣體的燃料氣(或氧氣)室；下U型的底面上同樣均勻分布有高度相等、向下突起的中空圓臺11，其下頂端面與位于該U型下口的下PEN的陰極(或陽極)面接觸，沿下U型前后側(cè)面下角兩個小矩形的上邊所在線，將金屬薄板12再向內(nèi)折90°，對下PEN形成部分包裹，包裹金屬薄板與下PEN之間的接觸面用密封材料實施氣密封，構(gòu)成上、下、前、后四面密封、左右相通以進出氣體的氧氣(或燃料氣)室；部件2中，上、下PEN的電極分別只與圓臺9或11接觸；當(dāng)PEN采用電解質(zhì)支撐時，將PEN陰極和陽極兩面的周邊向內(nèi)縮小與金屬薄板包裹PEN的裹寬度相對應(yīng)的寬度，使PEN陰極、陽極兩面的周邊露出非電子導(dǎo)體的電解質(zhì)支撐體；當(dāng)PEN采用陽極支撐或陰極支撐時，在PEN陰極和陽極兩面的四周，涂有致密電絕緣材料膜，形成電絕緣的周邊，其寬度與金屬薄板包裹PEN的裹寬度相對應(yīng)；金屬薄板的表面涂/鍍有致密抗氧化惰性金屬保護層；部件1和部件2對齊、側(cè)面錯開90°交替疊置，部件1的下U型的側(cè)面墻體6的頂面與部件2的上PEN接觸，接觸面用密封材料實施氣密封，構(gòu)成上、下、前、后四面密封，左右相通以進出氣體的氧氣(或燃料氣)室，部件1的上U型側(cè)面墻體5的頂面與部件2的下PEN接觸，接觸面用密封材料實施氣密封，構(gòu)成上、下、左、右面密封，前后相通以進出氣體的燃料氣(或氧氣)室，構(gòu)成電池堆堆芯。
2.如權(quán)利要求1所述平板型中溫固體氧化物燃料電池堆連接部件，特征在于所述部件1和2采用厚度為0.1～1mm的矩形金屬薄板，其金屬材料包括銅及其合金，鐵及其合金，鋁及其合金，鈦及鈦合金；所述金屬薄板表面所涂/鍍的致密抗氧化惰性金屬包括Ag、Au、Pt、Pd、Rh或Ru。
全文摘要
本發(fā)明平板型中溫固體氧化物燃料電池堆連接部件，特征是用金屬薄板制成分別向上、下相互錯開90°開口的共底雙U型，上、下底面上均勻分布向U型口突起的圓臺；上、下U型口上各有一塊PEN板，其兩邊分別由U型側(cè)面金屬板向內(nèi)翻卷包裹，接觸面密封，形成四面密封、前后相通或左右相通的氣室；將PEN封口的雙U型與敞口的雙U型的側(cè)面相互錯開90°交替疊置，分別形成氧氣室或燃料氣室，由從U型底面突起的圓臺將各PEN串聯(lián)構(gòu)成電池堆的堆芯；金屬薄板表面有致密抗氧化惰性金屬涂/鍍層；本發(fā)明金屬連接部件具有良好的易變形性和應(yīng)力吸收能力，熱匹配性和電連接功能好，易于密封，能抗氧化銹蝕。
文檔編號H01M8/24GK1464579SQ0211319
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月20日
發(fā)明者孟廣耀, 高建峰, 夏長榮, 劉杏芹 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)