專利名稱：用于固體氧化物燃料電池的組合式電池結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各實(shí)施例涉及用于固體氧化物燃料電池的組合式電池結(jié)構(gòu)(也稱為用 于固體氧化物燃料電池的電池組)。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池(SOFC)具有無污染、高效發(fā)電等優(yōu)點(diǎn)。SOFC用在靜態(tài) 發(fā)電系統(tǒng)、小型電源和車輛電源中。SOFC電池可被制造為管型電池、平管型電池或平板 型電池。管型或平管型電池可為陰極支撐電池、分段式串聯(lián)電池、陽極支撐電池或類似 物。目前，陽極支撐SOFC電池被頻繁使用于范圍在1至IOKW的小型SOFC系統(tǒng)。 另一方面，陰極支撐SOFC電池或分段式串聯(lián)電池被頻繁使用于范圍在100KW或以上的 大型SOFC系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的各實(shí)施例中，用于固體氧化物燃料電池的組合式電池結(jié)構(gòu)(“SOFC 組合式電池結(jié)構(gòu)”)用于容易地使用多個陽極支撐SOFC電池來制造大型SOFC系統(tǒng)。在其他實(shí)施例中，SOFC組合式電池結(jié)構(gòu)可抗熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力(其典型地在串 聯(lián)組合的多個陽極支撐SOFC的情況下產(chǎn)生)，使得能夠簡化歧管設(shè)計(jì)，并防止集流阻抗 增大。根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例，一種用于固體氧化物燃料電池的組合式電池結(jié)構(gòu)包括 第一電池和第二電池，每個電池具有第一電極、第二電極和位于該第一電極和該第二電 極之間的電解質(zhì)層。該組合式電池結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括用于連接所述第一電池和所述第二電 池的支撐構(gòu)件。所述支撐構(gòu)件可包括穿過所述第一電池的中空部分的第一子支撐構(gòu)件以 及穿過所述第二電池的中空部分的第二子支撐構(gòu)件。所述第一子支撐構(gòu)件的一端被固定 地聯(lián)接到所述第二子支撐構(gòu)件的一端。在一個實(shí)施例中，所述支撐構(gòu)件包括穿過所述單元電池的實(shí)心桿。當(dāng)所述支撐 構(gòu)件包括子支撐構(gòu)件時，所述第一子支撐構(gòu)件和所述第二子支撐構(gòu)件的每一個可包括實(shí) 心桿。在一個實(shí)施例中，所述支撐構(gòu)件包括穿過所述單元電池的中空管。當(dāng)所述支撐 構(gòu)件包括子支撐構(gòu)件時，所述第一子支撐構(gòu)件和所述第二子支撐構(gòu)件每一個都可包括中 空管。所述中空管可具有在兩端之間的多個開口或孔。
第一支撐構(gòu)件和第二支撐構(gòu)件可由不銹鋼、鎳或鎳合金形成。所述第一子支撐構(gòu)件的一端可包括第一聯(lián)接部，所述第二子支撐構(gòu)件的一端可 包括第二聯(lián)接部。所述第一聯(lián)接部和所述第二聯(lián)接部可直接彼此聯(lián)接?？商鎿Q地，該組 合式電池結(jié)構(gòu)可包括用于將所述第一子支撐構(gòu)件的一端連接到所述第二子支撐構(gòu)件的一 端的轉(zhuǎn)接器。該組合式電池結(jié)構(gòu)可包括在所述單元電池的所述第一電極與所述支撐構(gòu)件之間 的多孔構(gòu)件。所述多孔構(gòu)件可包括金屬氈、金屬網(wǎng)或其組合。該組合式電池結(jié)構(gòu)可包括用于連接所述第一單元電池和所述第二單元電池的連 接器。所述連接器可接觸所述第一子支撐構(gòu)件或第二子支撐構(gòu)件。所述連接器可被配置 為響應(yīng)所述第一電池和/或所述第二電池的應(yīng)力而彈性變形。所述連接器可被連接到所 述第一單元電池和第二單元電池的至少一個。該組合式電池結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括在至少一個單元電池與所述連接器之間的密封 構(gòu)件。例如，所述密封構(gòu)件可位于所述第一單元電池與所述連接器之間和/或所述第二 單元電池與所述連接器之間。該組合式電池結(jié)構(gòu)可包括與所述第二電極接觸的集流體。所述第一電極可采用任意形狀，例如，圓形、橢圓形或多邊管形。所述第一電 極可為陽極，所述第二電極可為陰極。所述單元電池的沒有彼此相連的端部(未連接端部)可打開。在一些實(shí)施例中， 電池組的所述未連接端部之一可打開，其他所述未連接端部可閉合。該組合式電池結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括在所述第一電池和所述第二電池之間并沿縱向 方向串聯(lián)連接到所述第一電池和所述第二電池的至少一個第三電池。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，一種用于固體氧化物燃料電池的組合式電池結(jié)構(gòu)包 括第一子電池和第二子電池。所述第一子電池包括第一電池，其具有用于形成管形支架 的第一電極、在所述第一電極上的第二電極以及在所述第一電極和所述第二電極之間的 電解質(zhì)層。桿形第一子支撐構(gòu)件沿縱向方向穿過所述第一電極的內(nèi)部。所述第二子電池 包括第二電池，其具有用于形成管形支架的第一電極、在所述第一電極上的第二電極以 及在所述第一電極和所述第二電極之間的電解質(zhì)層。桿形第二子支撐構(gòu)件沿縱向方向穿 過所述第一電極的內(nèi)部。所述第一子支撐構(gòu)件的一端被固定地連接到所述第二子支撐構(gòu) 件的一端，使得所述第一電池和所述第二電池沿縱向方向串聯(lián)連接。


圖IA為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的SOFC組合式電池結(jié)構(gòu)的示意性主視圖。圖IB為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的管型SOFC單元電池的剖視圖。圖IC為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的平管型SOFC單元電池的剖視圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的組合式電池結(jié)構(gòu)的放大的局部剖視圖。圖3A為圖2中所示的子支撐構(gòu)件的剖視圖。圖3B為圖2中所示的連接器的剖視圖。圖3C為圖2和3B中所示的連接器的主視圖。圖4為包括圖2的組合式電池結(jié)構(gòu)的SOFC組的剖視圖。
圖5為包括根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的包含子支撐構(gòu)件的組合式電池結(jié)構(gòu)的SOFC 組的剖視圖。圖6為圖5的組合式電池結(jié)構(gòu)中所示的子支撐構(gòu)件的剖視圖。圖7為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的包含子支撐構(gòu)件的組合式電池結(jié)構(gòu)的局部剖視 圖。圖8為圖7的組合式電池結(jié)構(gòu)中所示的子支撐構(gòu)件的剖視圖。圖9A至9C為例示出制造具有圖7的組合式電池結(jié)構(gòu)的SOFC組的過程的剖視
示意圖。圖10為包括根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的包含子支撐構(gòu)件的組合式電池結(jié)構(gòu)的 SOFC組的剖視圖。圖11為圖10的組合式電池結(jié)構(gòu)中所示的子支撐構(gòu)件的剖視圖。圖12為根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的包含子支撐構(gòu)件的組合式電池結(jié)構(gòu)的局部剖視 圖。圖13為圖12的組合式電池結(jié)構(gòu)中所示的子支撐構(gòu)件的剖視圖。圖14A至14C為例示出制造具有圖12的組合式電池結(jié)構(gòu)的SOFC組的過程的剖 視示意圖。圖15為包括根據(jù)本發(fā)明又再一實(shí)施例的包含子支撐構(gòu)件的組合式電池結(jié)構(gòu)的 SOFC組的剖視圖。圖16為圖15的組合式電池結(jié)構(gòu)中所示的子支撐構(gòu)件的剖視圖。圖17A為例示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的兩個子支撐構(gòu)件與轉(zhuǎn)接器的連接的剖視 示意圖。圖17B為例示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的兩個子支撐構(gòu)件與轉(zhuǎn)接器的連接的剖 視示意圖。圖18為例示出根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的兩個子支撐構(gòu)件的連接的剖視圖。
具體實(shí)施例方式下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在以下描述中，已知功能和 結(jié)構(gòu)的詳細(xì)論述可被省略。在附圖中，相似的元件由相似的附圖標(biāo)記表示，部件的尺寸 可為了清晰而被夸大。本文所用的術(shù)語“歧管”表示具有用于流體的平穩(wěn)供應(yīng)、分配或排放的流動路 徑的結(jié)構(gòu)。參照附圖及其在本說明書中的相關(guān)描述，為了便于例示，形成歧管的殼體或 邊界壁由附圖標(biāo)記表示并被稱為歧管。圖IA為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的SOFC組合式電池結(jié)構(gòu)的示意性主視圖。圖IB 和圖IC為SOFC單元電池的剖視圖，該SOFC單元電池可用在圖IA的組合式電池結(jié)構(gòu) 中。參照圖1A，組合式電池結(jié)構(gòu)100包括沿組合式電池結(jié)構(gòu)100的縱向方向彼此相連的 多個管型或平管型SOFC電池10。實(shí)心支撐構(gòu)件30從組合式電池結(jié)構(gòu)100的一端向組合 式電池結(jié)構(gòu)100的另一端穿過組合的SOFC電池10。多個SOFC電池10被串聯(lián)連接并 由支撐構(gòu)件30機(jī)械和/或物理地穩(wěn)定。本文所用的“串聯(lián)連接”表示其中管型或平管 型SOFC電池(各自具有長度)沿縱向方向彼此相連的結(jié)構(gòu)。連接器20可設(shè)置在相鄰的SOFC電池之間。在一個實(shí)施例中，支撐構(gòu)件30可穿過相應(yīng)的SOFC電池10的中空部分。可替 換地，支撐構(gòu)件30可被分為多個子支撐構(gòu)件，其中每個SOFC電池包括子支撐構(gòu)件，且 這些子支撐構(gòu)件沿縱向方向彼此相連，由此連接相鄰的SOFC電池。提供有子支撐構(gòu)件 的SOFC電池的每一個可被稱為SOFC子電池。SOFC子電池變?yōu)闃?gòu)成組合式電池結(jié)構(gòu)的 單元電池結(jié)構(gòu)。SOFC電池10的每一個包括第一電極11、第二電極15和在該第一電極11和第 二電極15之間的電解質(zhì)13。第一電極11為陽極或陰極。當(dāng)?shù)谝浑姌O11為陽極時，第 二電極15為陰極。當(dāng)?shù)谝浑姌O11為陰極時，第二電極15為陽極。電解質(zhì)13為用于傳 遞氧離子或質(zhì)子的離子導(dǎo)電氧化物材料。SOFC電池10變?yōu)橥ㄟ^分別供應(yīng)到陽極和陰極 的氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)而在其中產(chǎn)生電和水的單元。在一個實(shí)施例中，多孔Ni/YSZ金屬陶瓷可用作第一電極11的材料。多孔混合 導(dǎo)電氧化物可用作第二電極15的材料。氧化釔穩(wěn)定二氧化鋯(YSZ)可用作電解質(zhì)13的 材料。在一個實(shí)施例中，支撐構(gòu)件30穿過的SOFC電池可為具有大致圓形截面的管型 SOFC電池IOa(如圖IB所示)或者具有大致橢圓形截面的平管型SOFC電池IOb(如圖 IC所示)。當(dāng)電池為管型SOFC電池IOa時，支撐構(gòu)件30可穿過每個SOFC電池IOa的 中空部分2a，如圖IB所示。當(dāng)電池為平管型SOFC電池IOb時，電池可包括三個中空 部分，支撐構(gòu)件30可穿過中心中空部分2b，如圖IC所示。根據(jù)一些實(shí)施例，組合式電池結(jié)構(gòu)包括串聯(lián)連接的多個陽極支撐SOFC電池。 然而，組合式電池結(jié)構(gòu)也可包括多個管型或平管型陰極支撐SOFC電池、分段式串聯(lián)電 池或類似物。圖2為根據(jù)另一實(shí)施例的組合式電池結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。圖3A為圖2的組合 式電池結(jié)構(gòu)中的支撐構(gòu)件(包括子支撐構(gòu)件)的剖視圖。圖3B為圖2的組合式電池結(jié)構(gòu) 中的連接器的剖視圖。圖3C為圖2和圖3B中所示的連接器的主視圖。參照圖2，組合 式電池結(jié)構(gòu)200包括沿燃料流動方向彼此相連的多個子電池210a、210b和210c。連接器 220被設(shè)置在相鄰的子電池之間。密封構(gòu)件250可被提供在每個子電池與連接器220之 間。每個子電池210a、210b和210c包括用于形成管型或平管型陽極支撐主體的第一 電極11、形成在第一電極11的外周表面上的實(shí)心電解質(zhì)13、形成在實(shí)心電解質(zhì)13上的 第二電極15以及穿過第一電極11的中空部分的至少兩個連接的子支撐構(gòu)件230。多孔構(gòu) 件240可被提供在支撐構(gòu)件230與第一電極11之間。如圖3A所示，子支撐構(gòu)件230具有某一長度的桿形主體231。主體231可為不 具有內(nèi)部余隙空間的實(shí)心桿，并可具有大致圓形截面或大致多邊形(即，內(nèi)嵌或外接在 圓中的多邊形)截面。主體231的一端可具有凹螺紋聯(lián)接部233，主體231的另一端可具 有凸螺紋聯(lián)接部235。通過將一個子支撐構(gòu)件的凹螺紋聯(lián)接部233與另一子支撐構(gòu)件的凸 螺紋聯(lián)接部235相連而連接子支撐構(gòu)件230。子支撐構(gòu)件230可由不銹鋼、鎳、鎳合金或 類似物制成。連接器220可被設(shè)置為避免組合式電池結(jié)構(gòu)200中的相鄰的SOFC電池之間的直接接觸。連接器220可由導(dǎo)電金屬材料形成。在一個實(shí)施例中，如圖3B和圖3C所示， 連接器220包括盤形的第一部分221a和從第一部分221a的邊緣沿厚度方向延伸的第二部 分 221b。第一部分221a的面積類似于子電池的截面面積。第一孔223被提供在第一部分 221a的中心。子支撐構(gòu)件230可被縱向地插入通過第一孔223。多個第二孔224被提供 在第一孔223周圍并沿厚度方向穿過第一部分221a。多個第二孔224允許流體流過第一 部分221a。突起221e沿與第二部分221b延伸的方向相反的方向從第一部分突出。突起221e 被插入兩個相鄰的第一子電池的中空部分。突起221e可為在第一部分221a的側(cè)部處的 多個第二孔224的周圍的圓環(huán)。該圓環(huán)可為實(shí)線或虛線。第二部分221b的至少一部分的厚度小于子支撐構(gòu)件230的厚度。第二部分具有 被彎曲以插入兩個相鄰子電池的第二個的中空部分的一端221d。彎曲部分可包括臺階部 221c。臺階部221c可面對第二子電池的一側(cè)(沿縱向方向)。如果第二部分221b的至 少一部分的厚度比子支撐構(gòu)件230薄，則當(dāng)壓縮應(yīng)力在組合式電池結(jié)構(gòu)200的操作期間被 施加在電池與支撐構(gòu)件之間時，連接器220彈性反應(yīng)，由此減小在組合式電池結(jié)構(gòu)200中 產(chǎn)生的不希望的熱應(yīng)力。多孔構(gòu)件240可具有其中流體可沿支撐構(gòu)件230的外周表面流動的多孔結(jié)構(gòu)。多 孔構(gòu)件240由具有良好導(dǎo)電率的材料形成，使得子支撐構(gòu)件230電連接到各個子電池中的 第一電極11。多孔構(gòu)件240可由鎳氈、金屬氈(由除鎳以外的金屬制成)、金屬網(wǎng)或類 似物形成。密封構(gòu)件250密封子電池和連接器。密封構(gòu)件250可包括PYREX 、陶瓷/玻 璃復(fù)合物、Thermiculite #866，等。在另一實(shí)施例中，子電池與連接器之間的邊界部分 可使用釬焊技術(shù)直接連接。下文中，將描述制造根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例的組合式電池結(jié)構(gòu)中的子電池的過 程。首先，混合有40VOl%的鎳(Ni)的氧化釔穩(wěn)定二氧化鋯(YSZ)粉末通過將活性碳、 有機(jī)粘結(jié)劑和水添加到Y(jié)SZ粉末而被捏制，捏制后的漿料被擠壓成型。在將擠壓成型的 漿料干燥之后，陽極支撐管通過在大約1300°C下燒結(jié)該干燥的漿料而制備。隨后，YSZ粉末被制備為電解質(zhì)漿料，且該電解質(zhì)漿料使用漿料涂覆技術(shù)被 浸涂在陽極支撐管上。涂覆在陽極支撐管上的電解質(zhì)漿料在室溫下干燥，然后在大約 1400°C下燒結(jié)。然后，(La，Sr)Mn03(LSM)粉末被制備為陰極漿料，該陰極漿料被浸涂在陽 極支撐管的電解質(zhì)層上。涂覆在陽極支撐管的電解質(zhì)層上的陰極漿料被干燥，然后在約 1200°C下燒結(jié)。制成的SOFC電池具有大約20mm的外徑、大約16mm的內(nèi)徑和大約 300mm的長度。SOFC子電池然后通過制備由不銹鋼形成的子支撐構(gòu)件230、用鎳氈包圍子支撐 構(gòu)件230、然后將子支撐構(gòu)件230插入SOFC電池的中空部分中而制成。圖4為包括圖2的組合式電池結(jié)構(gòu)的SOFC組的剖視圖。參見圖4，根據(jù)本發(fā) 明各實(shí)施例的SOFC組通過制備單獨(dú)的組合式電池結(jié)構(gòu)以及堆疊多個所制備的組合式電 池結(jié)構(gòu)而制造。這里，單獨(dú)的組合式電池結(jié)構(gòu)通過將多個管型或平管型子電池210a、210b、210c和210d的子支撐構(gòu)件230彼此相連而形成。在每個組合式電池結(jié)構(gòu)中，連接 器220可被插入子電池之間，且SOFC電池與連接器220之間的邊界可由密封構(gòu)件密封。為了形成陰極集流體，銀(Ag)絲可被卷繞在每個子電池的第二電極上?？商鎿Q 地，(使用等離子體噴射技術(shù))在其上涂覆有Laa9SraiCoO3粉末的多孔陰極集流層可形成 在每個子電池的第二電極上。由不銹鋼和Ni基耐熱合金形成的金屬絲或網(wǎng)可用作陰極集 流體的材料。在一個實(shí)施例中，例如，Ag絲250用作陰極集流體，子支撐構(gòu)件230用作 陽極集流體。組合式電池結(jié)構(gòu)(例如，具有四個相連的子電池210a、210b、210c和210d的結(jié) 構(gòu))的一端可通過第一端部連接器270a被連接到第一歧管280a。組合式電池結(jié)構(gòu)的另一 端可通過第二端部連接器270b被連接到第二歧管280b。在這種實(shí)施例中，兩個端部連接 器270a和270b將組合式電池結(jié)構(gòu)連接到兩個歧管280a和280b，使得流體能夠流動通過 其中，同時允許連接的子支撐構(gòu)件230穿過子電池以被固定到兩個歧管280a和280b。在一個實(shí)施例中，每個端部連接器270a和270b包括連接到子支撐構(gòu)件230的桿 形主體271，以及以帶的形式圍繞主體的在主體與歧管之間提供支撐的屏障部分272。至 少一個開口 273被提供在屏障部分中以允許燃料流動通過屏障部分。主體可被插入歧管 中的開口中。突起274可被提供到屏障部分的至少一個表面。連接器220或者歧管280a 或280b的拐角可接觸主體與突起之間的屏障部分。在一個實(shí)施例中，端部連接器270a 或270b和歧管280a或280b可通過分立的絕緣構(gòu)件275或絕緣涂層而彼此電絕緣。包括多個組合式電池結(jié)構(gòu)的電池組可被配置為使得至少一個組合式電池結(jié)構(gòu)的 陰極集流體金屬絲260被連接到至少一個其他組合式電池結(jié)構(gòu)的子支撐構(gòu)件230。在這 種實(shí)施例中，第一組合式電池結(jié)構(gòu)的金屬絲260(例如，經(jīng)由端部連接器)被電連接(例 如，通過物理接觸)到兩個歧管中的至少一個280a或280b，由此將金屬絲260與第二組 合式電池結(jié)構(gòu)的子支撐構(gòu)件230電連接。下文中，將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例的SOFC組的操作。如圖2和圖 4所示，燃料從第一歧管280a流動通過端部連接器中的開口以進(jìn)入組合式電池結(jié)構(gòu)。然 后，燃料通過穿過在子支撐構(gòu)件230與每個子電池的第一電極11之間延伸的多孔構(gòu)件240 而流動通過子電池至第二歧管280b。氧化劑圍繞組合式電池結(jié)構(gòu)的外部循環(huán)?？諝庵械?氧氣可用作氧化劑。燃料可包括甲烷、丙烷、丁烷或類似物。在每個組合式電池結(jié)構(gòu)中，通過氫(燃料)與氧(氧化劑)的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生 電。這里，氫經(jīng)由每個子電池的第一電極與子支撐構(gòu)件之間的通道被供應(yīng)到第一電極。 氧被供應(yīng)到每個子電池的外表面上的第二電極。也就是，流入組合式電池結(jié)構(gòu)中的燃料 在大約600至1000°C的大氣溫度下被重整，并被轉(zhuǎn)變?yōu)榘醯闹卣?。借助于陽極催 化劑，供應(yīng)到第一電極的氫在高溫下被結(jié)合到氧離子，由此生成水和電子。同時，借助 于陰極催化劑并在高溫下，供應(yīng)到第二電極的氧被結(jié)合到通過連接到SOFC組的外部電 路或負(fù)載(未示出)已從第一電極被移動的電子，并因而轉(zhuǎn)變?yōu)檠蹼x子。氧離子通過穿 過電解質(zhì)而被移動到第二電極。由氫與氧離子的反應(yīng)生成的水與未反應(yīng)的燃料一同沿子 支撐構(gòu)件230和第一電極之間的燃料流動方向被排放到第二歧管280b。由氫與氧離子在 第一電極處的反應(yīng)生成的電子將電能供應(yīng)到負(fù)載，同時移向第二電極。分別在每個子電 池的第一電極和第二電極(陽極和陰極)處產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)由如下反應(yīng)公式1表示。
反應(yīng)公式1陽極H2+02-—H20+2e-陰極|(1/2O2+2e-—O2—圖5為包括根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的組合式電池結(jié)構(gòu)的SOFC組的剖視圖。 圖6為圖5的SOFC組中的子支撐構(gòu)件的剖視圖。參見圖5，SOFC組通過堆疊或布置多 個組合式電池結(jié)構(gòu)而制造。這里，每個組合式電池結(jié)構(gòu)通過將多個子電池211a、211b、 21 Ic和21 Id的相應(yīng)的子支撐構(gòu)件230a相連而將多個子電池21 la、211b、21 Ic和21 Id相 連形成。圖5所示的SOFC組基本上等同于圖4所示的SOFC組，不同之處在于圖5的 組具有不同于圖4的組的串聯(lián)連接結(jié)構(gòu)。具體而言，在圖4中，第一組合式電池結(jié)構(gòu)的 陰極集流體金屬絲被串聯(lián)連接到第二組合式電池結(jié)構(gòu)的端部連接器。相比而言，在圖5 中，第一組合式電池結(jié)構(gòu)的陰極集流體金屬絲被串聯(lián)連接到第二組合式電池結(jié)構(gòu)的子支 撐構(gòu)件230a。如圖6所示，子支撐構(gòu)件230a具有某一長度的桿形主體231a。桿形主體231a可 為沒有內(nèi)部空間的實(shí)心桿。桿形主體231a的一端具有凹螺紋聯(lián)接部233，桿形主體231a 的另一端具有凸螺紋聯(lián)接部235。為了連接兩個子支撐構(gòu)件230a，第一子支撐構(gòu)件的凸 螺紋聯(lián)接部235被聯(lián)接到第二子支撐構(gòu)件的凹螺紋聯(lián)接部233。子支撐構(gòu)件230a具有某 一厚度的環(huán)237，該環(huán)從主體231a的一端沿徑向延伸。在一些實(shí)施例中，環(huán)237從具有 凹螺紋聯(lián)接部233的主體231a的端部延伸。環(huán)237包括多個開口 238，用于允許燃料流 過環(huán)237。返回參見圖5，在SOFC組的一些實(shí)施例中，多個組合式電池結(jié)構(gòu)通過陰極集流 體金屬絲260連接。具體而言，第一組合式電池結(jié)構(gòu)的陰極集流體金屬絲260被連接到 至少一個第二組合式電池結(jié)構(gòu)的子支撐構(gòu)件230a。也就是，第一組合式電池結(jié)構(gòu)的陰極 集流體金屬絲260被電連接(例如，通過物理接觸)到第二組合式電池結(jié)構(gòu)的子支撐構(gòu)件 230a 的環(huán) 237。圖7為根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的組合式電池結(jié)構(gòu)300的局部剖視圖。圖8為可 在圖7的組合式電池結(jié)構(gòu)中使用的子支撐構(gòu)件330的剖視圖。參見圖7，組合式電池結(jié) 構(gòu)300包括沿燃料流動方向彼此相連的多個子電池310a、310b和310c。連接器220被設(shè) 置在相鄰的子電池之間。多個子電池通過其相應(yīng)的子支撐構(gòu)件330的連接沿縱向方向彼 此相連。每個子電池可具有設(shè)置在子支撐構(gòu)件330與第一電極11之間的多孔構(gòu)件240。 密封構(gòu)件250可被提供在每個子電池與連接器220之間。如圖8所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，子支撐構(gòu)件330包括具有某一長度的 大致管形主體331。主體331具有中空部分332，并可具有大致圓形截面或大致多邊形 (即，內(nèi)嵌或外接在圓中的多邊形)截面。主體331的一端可具有凹螺紋聯(lián)接部333，主 體331的另一端可具有凸螺紋聯(lián)接部335。相鄰的子支撐構(gòu)件可通過將第一子支撐構(gòu)件的 凹螺紋聯(lián)接部333與第二子支撐構(gòu)件的凸螺紋聯(lián)接部335聯(lián)接而連接。凹螺紋聯(lián)接部333 被提供在管形主體331的內(nèi)表面上，凸螺紋聯(lián)接部335被提供在主體331的外表面上。子 支撐構(gòu)件330可由具有某一強(qiáng)度的固體材料(例如，不銹鋼)形成。圖9A至圖9C描繪了使用圖7的組合式電池結(jié)構(gòu)制造SOFC組的過程的各個步驟。首先，如圖9A所示，第一子電池310a、第二子電池310b和第三子電池310c被制 備，連接器220被連接到每個子電池的一端。密封構(gòu)件250被提供在每個子電池與連接 器220之間。每個子電池和連接器220可使用釬焊技術(shù)或類似技術(shù)而彼此相連。隨后，如圖9B所示，相鄰的子電池310a、310b和310c的子支撐構(gòu)件330通過將 一個子支撐構(gòu)件330的凸螺紋聯(lián)接部335擰到相鄰的子支撐構(gòu)件330的凹螺紋聯(lián)接部333 中而彼此相連。然后，第四子電池310d被制備，第四子電池310d的子支撐構(gòu)件330a的 凸螺紋聯(lián)接部335被聯(lián)接到第三子電池310c的子支撐構(gòu)件330的凹螺紋聯(lián)接部333。凹 螺紋聯(lián)接部可從第四子電池310d的子支撐構(gòu)件330a省略，第四子電池310d的端部可由 蓋390閉合，蓋390的厚度確定距支撐構(gòu)件330a的距離。第一子電池310a中的子支撐構(gòu)件330的凸螺紋聯(lián)接部335可被連接到與第一歧 管380a固定地連接的端部連接器370的凹螺紋聯(lián)接部333a。端部連接器370可具有大致 管形主體371，用于將燃料供應(yīng)到子支撐構(gòu)件330的中空部分332。隨后，如圖9C所示，SOFC組通過適當(dāng)?shù)囟询B或布置多個組合式電池結(jié)構(gòu)而 制造，每個組合式電池結(jié)構(gòu)具有沿燃料流動方向彼此相連的第一至第四子電池310a、 310b、310c和310d。多個組合式電池結(jié)構(gòu)可通過端部連接器370被固定地連接到歧管。在一些實(shí)施例中，端部連接器370的大致管形主體371可位于第一歧管380a與 第二歧管380b之間，使得燃料可通過從第二歧管380b流動到第一歧管380a而被供應(yīng)到 每個組合式電池結(jié)構(gòu)。第一歧管380a和第二歧管380b可在組合式電池結(jié)構(gòu)的一側(cè)形成 兩級結(jié)構(gòu)。然后，陰極集流體360通過將Ag絲卷繞在每個組合式電池結(jié)構(gòu)的每個子電池 310a、310b、310c和310d的第二電極上而形成。多個組合式電池結(jié)構(gòu)通過第一歧管380a 中的端部連接器370被串聯(lián)電連接。下文中，將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例的SOFC組的操作。參見圖9C， 燃料經(jīng)由端部連接器370的管形主體371從第二歧管380b供應(yīng)到每個組合式電池結(jié)構(gòu)的 子支撐構(gòu)件330的中空部分332。當(dāng)燃料到達(dá)第四子電池310d(位于每個組合電池的一 端)的子支撐構(gòu)件330a的中空部分的端部時，燃料然后沿相反方向流動并穿過子電池的 子支撐構(gòu)件330a和330與第一電極之間的多孔構(gòu)件240。供應(yīng)到每個組合式電池結(jié)構(gòu)的大部分燃料在高溫下被轉(zhuǎn)變?yōu)榘瑲涞闹卣铩?氫被分配和供應(yīng)(經(jīng)由多孔構(gòu)件240)到相應(yīng)的子電池310a、310b、310c和310d的第一 電極。供應(yīng)到第一電極的氫與供應(yīng)到第二電極的氧(來自空氣)電化學(xué)反應(yīng)，由此生成 電和水。電被供應(yīng)到與SOFC組的陽極和陰極相連的外部負(fù)載(未示出)。水與任何未 反應(yīng)的燃料一同沿燃料流動方向被排放到第一歧管380a。圖10為示出包括根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的組合式電池結(jié)構(gòu)的SOFC組的剖視 圖。圖11為在圖10所示的組合式電池結(jié)構(gòu)中使用的子支撐構(gòu)件的剖視圖。參見圖10， 根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例，SOFC組通過適當(dāng)?shù)夭贾枚鄠€組合式電池結(jié)構(gòu)而制造。這里， 每個組合式電池結(jié)構(gòu)通過連接多個子電池311a、311b、311c和311d的相應(yīng)的子支撐構(gòu)件 330b而形成。圖10所示的SOFC組基本上等同于圖9所示的SOFC組，不同之處在于圖 9的組具有不同于圖10的組的串聯(lián)連接結(jié)構(gòu)。具體而言，在圖9中，第一組合式電池結(jié)構(gòu)的陰極集流體金屬絲被串聯(lián)連接到第二組合式電池結(jié)構(gòu)的端部連接器。相比而言，在 圖10中，第一組合式電池結(jié)構(gòu)的陰極集流體金屬絲被串聯(lián)連接到第二組合式電池結(jié)構(gòu)的 子支撐構(gòu)件330b。如圖11所示，子支撐構(gòu)件330b包括具有中空部分332的大致管形主體331a。 主體331a的一端具有凹螺紋聯(lián)接部333，主體331a的另一端具有凸螺紋聯(lián)接部335。為 了連接相鄰的子支撐構(gòu)件330b，一個子支撐構(gòu)件的凸螺紋聯(lián)接部335被擰到相鄰的子支 撐構(gòu)件的凹螺紋聯(lián)接部333中。具有某一厚度的環(huán)337從主體331a的一端沿徑向延伸。在一些實(shí)施例中，環(huán)337 從主體的具有凹螺紋聯(lián)接部333的端部延伸。多個開口 338被提供在環(huán)337中以允許流 體流過環(huán)337。環(huán)337與以上參照圖6描述的環(huán)237基本相同，多個開口 338可在位置上 對應(yīng)于圖3C所示的連接器220中的第二孔224。第四子電池31 Id的子支撐構(gòu)件330c基本等同于圖9B所示的第四子電池310d 的子支撐構(gòu)件330a，不同之處在于圖10所示的子支撐構(gòu)件330c包括從端部延伸的環(huán) 337 (與在子支撐構(gòu)件330b中一樣)。返回參見圖10，根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例，在SOFC組中，至少一個組合式電池 結(jié)構(gòu)的陰極集流體360被電連接到至少一個其他的組合式電池結(jié)構(gòu)的至少一個子支撐構(gòu) 件330b的環(huán)337。圖12為根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的組合式電池結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。圖13為可在 圖12的組合式電池結(jié)構(gòu)使用的子支撐構(gòu)件的剖視圖。參見圖12，組合式電池結(jié)構(gòu)400包 括沿燃料流動方向彼此相連的多個子電池410a、410b和410c。連接器220可被設(shè)置在相 鄰的子電池之間。多個子電池通過其相應(yīng)的子支撐構(gòu)件430的連接而彼此相連。每個子 電池可具有設(shè)置在子支撐構(gòu)件430與第一電極11之間的多孔構(gòu)件240。密封構(gòu)件250可 被提供在每個子電池與連接器220之間。如圖13所示，根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例，子支撐構(gòu)件430可包括具有某一長度的 大致管形主體431。主體431具有中空部分432和沿主體431的長度的多個開口 436。開 口可通過切除主體431的一些部分而形成。主體的一端具有凹螺紋聯(lián)接部433，主體的另 一端具有凸螺紋聯(lián)接部435。相鄰的子支撐構(gòu)件可通過將一個子支撐構(gòu)件的凸螺紋聯(lián)接 部435擰到相鄰的子支撐構(gòu)件的凹螺紋聯(lián)接部433中而彼此相連。子支撐構(gòu)件430可由 諸如不銹鋼等固體材料形成。圖14A至圖14C描繪了制造具有圖12的組合式電池結(jié)構(gòu)的SOFC組的過程的各 個步驟。首先，如圖14A所示，第一子電池410a、第二子電池410b、第三子電池410c 和第四子電池410d被制備，連接器220被連接到每個子電池的一端。每個子電池和連接 器220可使用密封構(gòu)件或釬焊技術(shù)被合適地連接。隨后，如圖14B所示，相鄰的子電池410a、410b、410c和410d的子支撐構(gòu)件
430彼此相連。然后，第一端部連接器470a(包括固定連接的第一歧管480a)的凸螺紋聯(lián) 接部475被連接到第四子電池410d的子支撐構(gòu)件430的凹螺紋聯(lián)接部433。第一端部連 接器470a可具有大致管形的主體，用于將燃料供應(yīng)到每個子電池的子支撐構(gòu)件430的中 空部分432。然后，第二端部連接器470b(被插入第二歧管480b的開口 481中)的凹螺紋聯(lián)接部473被連接到第一子電池410a的子支撐構(gòu)件430的凸螺紋聯(lián)接部435。第二端部連 接器470b包括用于排放離開組合式電池結(jié)構(gòu)的流體的大致管形內(nèi)主體471、大致圍繞 內(nèi)主體471的外主體478 (大致形成雙管)、用于在內(nèi)主體471與外主體之間連接的連接 器477以及在連接器中用于允許流體穿過連接器的多個開口(未示出)。第二端部連接器 470b的連接器477的結(jié)構(gòu)基本類似于以上參照圖3B描述的連接器220的結(jié)構(gòu)。在第一子電池410a的子支撐構(gòu)件430被連接到第二端部連接器470b之后，第二 端部連接器470b通過固定構(gòu)件490被固定到第二歧管480b。固定構(gòu)件490可為具有螺 紋內(nèi)周界的環(huán)。第二端部連接器470b可在其外表面上具有凸螺紋聯(lián)接部476，固定構(gòu)件 490的螺紋內(nèi)周界可被連接到第二端部連接器470b的凸螺紋聯(lián)接部476。隨后，如圖14C所示，SOFC組通過適當(dāng)?shù)囟询B或布置多個組合式電池結(jié)構(gòu)而 制造，每個組合式電池結(jié)構(gòu)具有沿燃料流動方向彼此相連的第一至第四子電池410a、 410b、410c和410d。多個組合式電池結(jié)構(gòu)可分別經(jīng)由第一端部連接器470a和第二端部 連接器470b被連接到第一歧管480a和第二歧管480b。 在一些實(shí)施例中，第一端部連接器470a和第二端部連接器470b將第一歧管480a 和第二歧管480b連接到每個組合式電池結(jié)構(gòu)，使得燃料從第一歧管480a供應(yīng)到組合式電 池結(jié)構(gòu)，且反應(yīng)產(chǎn)物(例如水和未反應(yīng)的燃料)被排放到第二歧管480b。陰極集流體460被提供在每個組合式電池結(jié)構(gòu)的每個子電池410a、410b、410c 和410d的第二電極上。在一些實(shí)施例中，第一組合式電池結(jié)構(gòu)的陰極集流體460 (其可 為Ag絲)被連接到至少一個第二組合式電池結(jié)構(gòu)的至少一個端部連接器470a或470b。 也就是，第一組合式電池結(jié)構(gòu)的陰極集流體460被連接到第二組合式電池結(jié)構(gòu)的端部連 接器470a和470b，由此形成串聯(lián)連接的SOFC組。下文中，將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例的SOFC組的操作。參見圖14C， 燃料(經(jīng)由第一端部連接器470a的管形主體471)被從第一歧管480a供應(yīng)到每個組合式 電池結(jié)構(gòu)的子支撐構(gòu)件430的中空部分432。大部分燃料從中空部分432通過開口 436流 動到子支撐構(gòu)件430的外表面，然后流動通過多孔構(gòu)件240。其余的供應(yīng)燃料通過子支撐 構(gòu)件430的中空部分432流動到第二歧管480b。組合式電池結(jié)構(gòu)中的燃料被轉(zhuǎn)變?yōu)榘瑲涞闹卣?，氫被供?yīng)到每個子電池 410a、410b、410c和410d的第一電極。供應(yīng)到第一電極的氫與供應(yīng)到第二電極的來自空 氣的氧電化學(xué)反應(yīng)，由此生成電和水。電被供應(yīng)到與SOFC組的陽極和陰極相連的外部 負(fù)載(未示出)。水與任何未反應(yīng)的燃料一同沿燃料流動方向被排放到第二歧管480b。圖15為包括根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的組合式電池結(jié)構(gòu)的SOFC組的剖視圖。圖 16為在圖15所示的組合式電池結(jié)構(gòu)中使用的子支撐構(gòu)件的剖視圖。參見圖15，SOFC組 通過堆疊或布置多個組合式電池結(jié)構(gòu)而制造。這里，每個組合式電池結(jié)構(gòu)通過連接多個 子電池411a、411b、411c和411d的相應(yīng)的子支撐構(gòu)件430a而形成。圖15的SOFC組 基本上等同于圖14C所示的SOFC組，不同之處在于圖14C的組具有不同于圖15的組的 串聯(lián)連接結(jié)構(gòu)。具體而言，在圖14C中，第一組合式電池結(jié)構(gòu)的陰極集流體金屬絲被串 聯(lián)連接到第二組合式電池結(jié)構(gòu)的端部連接器。相比而言，在圖15中，第一組合式電池結(jié) 構(gòu)的陰極集流體金屬絲被串聯(lián)連接到第二組合式電池結(jié)構(gòu)的子支撐構(gòu)件430a。如圖16所示，子支撐構(gòu)件430a具有某一長度的大致管形主體431a。子支撐構(gòu)件430a可由具有某一強(qiáng)度的固體導(dǎo)電材料形成。子支撐構(gòu)件430a可由不銹鋼、鎳、鎳合 金或類似物制成。主體431a具有中空部分432和沿主體長度的多個開口 436。多個開口 436可通過去除主體431a的一些部分而形成。主體431a的一端具有凹螺紋聯(lián)接部433， 主體431a的另一端具有凸螺紋聯(lián)接部435。為了連接相鄰的子支撐構(gòu)件，第一子支撐構(gòu) 件的凸螺紋聯(lián)接部435被擰到相鄰的子支撐構(gòu)件的凹螺紋聯(lián)接部433。多個開口 436可沿主體431a的長度以規(guī)則或不規(guī)則的間隔布置。多個開口 436 可具有任何適當(dāng)?shù)男螤詈?或尺寸，可提供任何適當(dāng)數(shù)量的開口，只要子支撐構(gòu)件的強(qiáng) 度不被降低到不再有用的點(diǎn)即可。子支撐構(gòu)件430a可具有某一厚度的環(huán)437，該環(huán)從主體431a的一端沿徑向延 伸。在一些實(shí)施例中，環(huán)437從主體431a的具有凹螺紋聯(lián)接部的端部延伸。多個開口 438被提供在環(huán)437中以允許流體流過環(huán)437。返回參見圖15，在SOFC組中，第一組合式電池結(jié)構(gòu)的陰極集流體460可被連接 到至少一個第二組合式電池結(jié)構(gòu)的至少一個子支撐構(gòu)件430a的環(huán)437。也就是，第一組 合式電池結(jié)構(gòu)和第二組合式電池結(jié)構(gòu)之間的電連接節(jié)點(diǎn)可形成在第二組合式電池結(jié)構(gòu)的 子支撐構(gòu)件430a的環(huán)437處。圖17A和圖17B為用于連接相鄰的子支撐構(gòu)件的可替代機(jī)構(gòu)的剖視圖。在根據(jù) 本發(fā)明各實(shí)施例的組合式電池結(jié)構(gòu)中，相鄰子支撐構(gòu)件的連接在上文被描述為包括將第 一子支撐構(gòu)件的凸螺紋聯(lián)接部擰到第二子支撐構(gòu)件的凹螺紋聯(lián)接部。然而，如圖17A所 示，每個子支撐構(gòu)件的兩端可具有凹螺紋聯(lián)接部，相鄰的子支撐構(gòu)件可使用凸螺紋轉(zhuǎn)接 器50a連接。凸螺紋轉(zhuǎn)接器在主體51a的相對側(cè)具有兩個凸螺紋聯(lián)接部53a和53b，主體 51a具有與子支撐構(gòu)件相同的截面形狀。這里，第一子支撐構(gòu)件30a的凹螺紋聯(lián)接部33a 被擰到凸螺紋轉(zhuǎn)接器50a的第一凸螺紋聯(lián)接部53a，第二子支撐構(gòu)件30b的凹螺紋聯(lián)接部 33b被擰到凸螺紋轉(zhuǎn)接器50a的第二凸螺紋聯(lián)接部53b。這導(dǎo)致兩個子支撐構(gòu)件30a和30b 沿縱向方向彼此相連。如圖所示，兩個子支撐構(gòu)件30a和30b面對彼此，且凸螺紋轉(zhuǎn)接 器介于兩個子支撐構(gòu)件30a和30b之間。可替代地，如圖17B所示，每個子支撐構(gòu)件的兩端可具有凸螺紋聯(lián)接部，相鄰 的子支撐構(gòu)件可使用凹螺紋轉(zhuǎn)接器50b連接。凹螺紋轉(zhuǎn)接器50b包括具有螺紋內(nèi)表面55 的大致管形主體51b。這里，第一子支撐構(gòu)件30c的凸螺紋聯(lián)接部35a被擰到凹螺紋轉(zhuǎn)接 器50b的螺紋表面55的第一側(cè)，第二子支撐構(gòu)件30d的凸螺紋聯(lián)接部35b被擰到凹螺紋 轉(zhuǎn)接器50b的螺紋表面55的第二側(cè)。這導(dǎo)致兩個子支撐構(gòu)件30c和30d沿縱向方向彼此 相連。如圖所示，兩個子支撐構(gòu)件30c和30d面對彼此，且凹螺紋轉(zhuǎn)接器介于兩個子支 撐構(gòu)件30c和30d之間。圖18為示出用于連接相鄰的子支撐構(gòu)件的再一機(jī)構(gòu)的剖視圖。如圖18所示， 桿形子支撐構(gòu)件可包括具有突起37a的第一端和具有切槽37b的第二端。突起37a被成 形為配合在切槽37b內(nèi)。相鄰的子支撐構(gòu)件可通過將第一子支撐構(gòu)件30e的突起37a配 合到第二子支撐構(gòu)件30f的切槽37b中而連接。突起37a可具有大致圓形截面或大致多邊 形(即，內(nèi)嵌或外接在圓中的多邊形)截面。切槽37b可具有能將突起37a緊密插入其 中的大致凹入形狀。在一些實(shí)施例中，第一子支撐構(gòu)件30e可具有至少一個第二突起39a，第二子支撐構(gòu)件30f可具有至少一個第二切槽39b，其中第二突起39a配合在第二切槽39b中以防 止突起37a在切槽37b內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，至少一個固定構(gòu)件60穿過突起37a和切槽37b，以防止第一子 支撐構(gòu)件30e和第二子支撐構(gòu)件30f彼此分離。固定構(gòu)件60可為銷，并可具有形成在固 定構(gòu)件60—端的頭部。這里，頭部可大于固定構(gòu)件60的主體。固定構(gòu)件60的穿過第 一子支撐構(gòu)件30e和第二子支撐構(gòu)件30f的端部可沿子支撐構(gòu)件的縱向彎曲并附著到子支 撐構(gòu)件的表面。本發(fā)明的各實(shí)施例提供許多重要的優(yōu)點(diǎn)。第一，在陽極支撐SOFC電池中使用 的管型陽極支撐構(gòu)件一般由諸如多孔Ni-YSZ金屬陶瓷等材料形成，陽極支撐SOFC電池 一般由于材料機(jī)械強(qiáng)度、高內(nèi)阻、由大面積造成的產(chǎn)量減少等的限制而被制造為長度為 30cm或更短的電池。然而，在本發(fā)明的各實(shí)施例中，多個管型陽極支撐SOFC電池使用 SOFC電池的子支撐構(gòu)件沿縱向方向連接。這使得能夠生產(chǎn)具有大約120cm或更長長度 的SOFC組合式電池結(jié)構(gòu)。第二，當(dāng)多個陽極支撐SOFC電池沿縱向方向被簡單地組合時(即，與本發(fā)明 的各實(shí)施例相比)，陽極支撐SOFC電池的連接易于被連接的電池之間的溫度分布(或溫 差)或者被在連接處產(chǎn)生的對歧管的機(jī)械應(yīng)力破壞。然而，在本發(fā)明的各實(shí)施例中，多 個陽極支撐SOFC電池使用SOFC電池的子支撐構(gòu)件沿燃料流動方向連接。這使得能夠 生產(chǎn)不會被熱應(yīng)力或機(jī)械應(yīng)力破壞的SOFC組合式電池結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，本發(fā)明的各實(shí)施 例使得能夠簡易設(shè)計(jì)和制造大尺寸SOFC系統(tǒng)。第三，當(dāng)大尺寸的SOFC系統(tǒng)使用多個陽極支撐SOFC電池被簡易制造時(即， 與本發(fā)明的各實(shí)施例相比)，由于大量SOFC電池而很難設(shè)計(jì)用于將燃料分配和供應(yīng)到每 個SOFC電池的歧管。然而，根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例，SOFC組合式電池結(jié)構(gòu)具有沿縱 向方向連接的多個SOFC電池，從而通過考慮減少SOFC電池的數(shù)量而使得能夠簡化歧管 設(shè)計(jì)。因此，可易于實(shí)現(xiàn)對每個SOFC電池的燃料的均勻供應(yīng)。第四，當(dāng)多個陽極支撐SOFC電池沿縱向方向簡單地連接以增加長度時(即，與 本發(fā)明的各實(shí)施例相比)，SOFC電池之間的電阻增大，外部集流非常困難。然而，根據(jù) 本發(fā)明的各實(shí)施例，導(dǎo)電支撐構(gòu)件(或多個子支撐構(gòu)件)穿過管型或平管型SOFC電池的 中空部分。這使得能夠容易實(shí)現(xiàn)外部集流，而不會增大SOFC電池之間的電阻。盡管已經(jīng)結(jié)合特定示例性實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 可以理解，在不背離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對所描 述的實(shí)施例進(jìn)行某些修改。
權(quán)利要求
1.一種用于固體氧化物燃料電池的電池組，包括至少兩個單元電池，每個單元電池包括第一電極、第二電極和位于該第一電極和該 第二電極之間的電解質(zhì)層，并具有中空部分；以及 延伸穿過每個單元電池中的所述中空部分并沿縱向方向串聯(lián)連接所述單元電池的支 撐構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，進(jìn)一步包括與所述單元 電池的所述第二電極的每一個接觸的集流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述支撐構(gòu)件包括 實(shí)心桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述環(huán)暴露于外部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述支撐構(gòu)件包括中空管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述支撐構(gòu)件包括 在所述中空管的側(cè)壁中的至少一個開口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3、5和6中任一項(xiàng)所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，進(jìn) 一步包括在相鄰的單元電池之間的連接器，其中所述連接器沿所述支撐構(gòu)件將所述相鄰 的單元電池連接在一起。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述連接器被配置 為響應(yīng)來自所述相鄰的單元電池的應(yīng)力而變形。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，進(jìn)一步包括在所述至少 兩個單元電池的每一個與所述連接器之間的密封構(gòu)件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述支撐構(gòu)件包 括選自由不銹鋼、鎳和鎳合金組成的組中的材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，進(jìn)一步包括在所述單 元電池與所述連接器之間的多孔構(gòu)件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述多孔構(gòu)件包 括選自由金屬氈、金屬網(wǎng)及其組合物組成的組中的材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述支撐構(gòu)件包 括延伸通過所述單元電池的至少兩個子支撐構(gòu)件，其中所述至少兩個子支撐構(gòu)件相互附 接。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述至少兩個子 支撐構(gòu)件的每一個包括在第一端的凸螺紋聯(lián)接部和在第二端的凹螺紋聯(lián)接部，并且其中 所述至少兩個子支撐構(gòu)件通過一個子支撐構(gòu)件的所述凸螺紋聯(lián)接部與另一個子支撐構(gòu)件 的所述凹螺紋聯(lián)接部的接合而相互附接。
15.根據(jù)權(quán)利要求3、5、6和13中任一項(xiàng)所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組， 其中所述至少兩個子支撐構(gòu)件的每一個進(jìn)一步包括從該子支撐構(gòu)件的端部沿徑向突出的 環(huán)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述環(huán)包括至少一個孔，用于允許流體流過所述環(huán)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中在所述電池組的 第一端的第一端部單元電池的所述子支撐構(gòu)件包括在第一端的凸螺紋聯(lián)接部，與所述第 一端部單元電池相鄰的第二單元電池的所述子支撐構(gòu)件包括在第一端的凸螺紋聯(lián)接部和 在第二端的凹螺紋聯(lián)接部，其中所述第一端部單元電池和所述第二單元電池的所述子支 撐構(gòu)件通過所述第一端部單元電池的所述子支撐構(gòu)件的所述凸螺紋聯(lián)接部與所述第二單 元電池的所述子支撐構(gòu)件的所述凹螺紋聯(lián)接部的接合而相互附接。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，進(jìn)一步包括在所述第 一端部單元電池的所述子支撐構(gòu)件的第二端上的端蓋和在所述電池組的第二端的第二端 部單元電池的所述子支撐構(gòu)件的所述第一端上的端部連接器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，進(jìn)一步包括將在所述 電池組的所述第一端處的所述第一端部單元電池連接到第一歧管的第一端部連接器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述第一端部連 接器進(jìn)一步將所述第一端部單元電池連接到第二歧管。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述支撐構(gòu)件包 括中空管，所述第一端部連接器包括與所述支撐構(gòu)件的所述中空管連通的中空管。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，進(jìn)一步包括將在所述 電池組的第一端處的第一端部單元電池連接到第一歧管的第一端部連接器。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，進(jìn)一步包括將在所述 電池組的第二端處的第二端部單元電池連接到第三歧管的第二端部連接器。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述支撐構(gòu)件包 括中空管，所述第二端部連接器包括與所述支撐構(gòu)件的所述中空管連通的中空管。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述支撐構(gòu)件包 括在所述中空管的側(cè)壁中的至少一個開口。
26.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中每個子支撐構(gòu)件 在每一端均包括凸螺紋聯(lián)接部，并且其中每個所述子支撐構(gòu)件通過相鄰的子支撐構(gòu)件的 所述凸螺紋聯(lián)接部與凹螺紋轉(zhuǎn)接器的接合而相互附接。
27.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中每個子支撐構(gòu)件 在每一端均包括凹螺紋聯(lián)接部，并且其中每個所述子支撐構(gòu)件通過相鄰的子支撐構(gòu)件的 所述凹螺紋聯(lián)接部與凸螺紋轉(zhuǎn)接器的接合而相互附接。
28.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中每個所述子支撐 構(gòu)件包括在第一端的至少一個切槽和在第二端的至少一個突起，所述至少一個突起被配 置為裝配在所述至少一個切槽內(nèi)，并且其中每個所述子支撐構(gòu)件通過一個子支撐構(gòu)件的 所述至少一個突起與另一子支撐構(gòu)件的所述至少一個切槽的接合而相互附接。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中每個子支撐構(gòu)件 進(jìn)一步包括被配置為將所述至少一個突起固定在所述至少一個切槽中的固定構(gòu)件。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的用于固體氧化物燃料電池的電池組，其中所述至少一個突 起和所述至少一個切槽被配置為防止所述至少一個突起在所述至少一個切槽內(nèi)的基本旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動。
全文摘要
一種用于固體氧化物燃料電池的組合式電池結(jié)構(gòu)包括沿縱向方向串聯(lián)組合的多個管型或平管型固體氧化物燃料電池。所述組合式電池結(jié)構(gòu)包括第一電池和第二電池，其各自均具有第一電極、第二電極和該第一電極與第二電極之間的電解質(zhì)層。所述組合式電池結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括連接所述電池的支撐構(gòu)件。所述支撐構(gòu)件可包括穿過所述第一電池的中空部分的第一子支撐構(gòu)件以及穿過所述第二電池的中空部分的第二子支撐構(gòu)件。在所述組合式電池結(jié)構(gòu)中，所述第一子支撐構(gòu)件的一端被固定地聯(lián)接到所述第二子支撐構(gòu)件的一端。因此，所述第一電池和第二電池沿反應(yīng)物流動的方向彼此相連。
文檔編號H01M8/10GK102013508SQ20101026686
公開日2011年4月13日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者谷口俊輔 申請人:三星Sdi株式會社