專利名稱：固體氧化物燃料電池模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體氧化物燃料電池模塊。
背景技術(shù)：
一般而言，燃料電池是一種通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料(氫氣、液化天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)等)和空氣(氧氣)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能和熱能的裝置。燃料電池不要求燃料燃燒或渦輪機驅(qū)動，其與需要經(jīng)由燃料燃燒、生成蒸汽、渦輪機驅(qū)動、發(fā)電驅(qū)動等步驟的現(xiàn)有發(fā)電技術(shù)是不同的。因此，燃料電池是一種兼具高效率和避免環(huán)境問題的發(fā)電技術(shù)新概念。燃料電池產(chǎn)生微量的S0X、NOx等，并生成少量的二氧化碳，因此其能夠?qū)崿F(xiàn)無污染發(fā)電并具有諸如低噪音、無振動等之類的優(yōu)點。燃料電池具有多種類型，例如磷酸燃料電池(PAFC)、堿性燃料電池(AFC)、聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醛燃料電池(DMFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)等。在這些燃料電池之中，固體氧化物燃料電池(SOFC)由于能夠高效發(fā)電并允許進行煤氣、燃料電池、燃?xì)廨啓C等的組合式循環(huán)發(fā)電，因此其適于作為小型發(fā)電站、大型發(fā)電站或分布式電源，并且具有多種發(fā)電容量。因而，為步入未來的氫經(jīng)濟社會，固體氧化物燃料電池是一種必不可少的發(fā)電技術(shù)。圖1是顯示固體氧化物燃料電池發(fā)電原理的原理圖。就根據(jù)圖1所示的固體氧化物燃料電池(SOFC)的基本發(fā)電原理而言，在燃料為氫氣(H2)或一氧化碳(CO)時，陽極1和陰極2上發(fā)生下列電極反應(yīng)。陽極CCHH2O — H2+C022H2+202_ — 4e>2H20陰極02+4e+— 202-總反應(yīng)H2+C0+02 — C02+H20也就是說，陽極1上產(chǎn)生的電子(e_)通過外部電路4輸送到陰極2，與此同時，陰極2上產(chǎn)生的氧離子(02_)通過電解質(zhì)3輸送到陽極1。此外，在陽極1上氫氣(H2)與氧離子(02_)結(jié)合以產(chǎn)生電子(e_)和水(H2O)。從而，就固體氧化物燃料電池的總反應(yīng)而言，氫氣(H2)或一氧化碳(CO)被供給到陽極1，同時氧氣被供給到陰極2，從而最終產(chǎn)生二氧化碳(CO2)和水(H2O)。通過上述發(fā)電過程產(chǎn)生電能的固體氧化物燃料電池具有微小的不可逆損失和基于活化極化(activation polarization)而具有低的過電壓。此外，固體氧化物燃料電池能夠采用氫氣和碳?xì)浠衔镒鳛槿剂?，因而提供了廣泛的燃料選擇。另外，由于電極位置快速的反應(yīng)速度，固體氧化物燃料電池不需要采用昂貴的貴金屬作為電極催化劑。但是，固體氧化物燃料電池中的管狀固體氧化物燃料電池在集電方面存在困難。圖2是顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的固體氧化物燃料電池的集電方法的立體圖。根據(jù)圖2 所示的現(xiàn)有技術(shù)的缺點如下當(dāng)通過固體氧化物燃料電池的發(fā)電過程發(fā)電而產(chǎn)生電流時，為收集電流，需要在單元電池10的外周面上布設(shè)鎳或銀導(dǎo)線20。但是，布線工藝是復(fù)雜的，并且導(dǎo)線20非常昂貴，從而增加了制造成本。此外，單元電池10尺寸的增加導(dǎo)致用于集電的導(dǎo)線20的長度增加。因而，導(dǎo)線20的阻抗增大，最終使得集電效率下降。另外，當(dāng)層疊或堆疊多個單元電池 10時，每個單元電池10均需要進行布線工藝。從而，整體集電系統(tǒng)會變得非常復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于提供一種固體氧化物燃料電池模塊，該固體氧化物燃料電池模塊通過采用金屬泡沫連接板來集電而能夠提高集電效率，并能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的疊層結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，提供一種固體氧化物燃料電池模塊，該固體氧化物燃料電池模塊包括多個單元電池，每個所述單元電池通過在形成為管狀的陽極支撐件的外周面上依次地層疊電解質(zhì)和陰極而形成；以及一個或多個金屬泡沫連接板，每個所述金屬泡沫連接板形成為具有預(yù)定厚度的板狀，所述金屬泡沫連接板的一個表面上沿該金屬泡沫連接板的厚度方向形成有溝槽，以使得所述單元電池分別容納在所述溝槽內(nèi)。所述陽極支撐件的所述外周面的一部分可以通過將所述電解質(zhì)的外周面突出到所述金屬泡沫連接板之外的一部分和所述陰極的外周面突出到所述金屬泡沫連接板之外的一部分去除而沿該陽極支撐件的長度方向暴露，并且所述固體氧化物燃料電池模塊還可以包括連接件，每個所述連接件設(shè)置在所述陽極支撐件的所述外周面的暴露部分上，并且使得該連接件與所述陰極間隔開，并突出到容納有所述單元電池的所述金屬泡沫連接板的一個表面之外。所述金屬泡沫連接板的數(shù)量可以是兩個或多于兩個，所述金屬泡沫連接板和所述多個單元電池可以交替層疊，以使得每個所述溝槽選擇性地與所述陰極接觸，并且所述金屬泡沫連接板的另一表面選擇性地與所述連接件接觸。所述金屬泡沫連接板可以包括第一金屬泡沫連接板，該第一金屬泡沫連接板布置在最下部，該第一金屬泡沫連接板的上表面上形成的所述溝槽選擇性地與所述陰極接觸；以及一個或多個第二金屬泡沫連接板，每個所述第二金屬泡沫連接板布置在所述第一金屬泡沫連接板上方，所述第二金屬泡沫連接板的上表面上形成的所述溝槽選擇性地與所述陰極接觸，并且所述第二金屬泡沫連接板的下表面選擇性地與所述連接件接觸；所述固體氧化物燃料電池模塊還可以包括金屬泡沫集電板，該金屬泡沫集電板形成為具有預(yù)定厚度的板狀，并且布置在所述第二金屬泡沫連接板的上方，并使得所述金屬泡沫集電板的下表面選擇性地與所述連接件接觸。所述溝槽可以具有內(nèi)壁，該內(nèi)壁形成為與所述單元電池的外周面相對應(yīng)。所述金屬泡沫連接板可以具有多孔性。所述金屬泡沫連接板可以涂覆有防氧化層。所述金屬泡沫集電板可以具有多孔性。
所述金屬泡沫集電板可以涂覆有防氧化層。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，提供一種固體氧化物燃料電池模塊，該固體氧化物燃料電池模塊包括多個單元電池，每個所述單元電池通過在形成為管狀的陰極支撐件的外周面上依次地層疊電解質(zhì)和陽極而形成；以及一個或多個金屬泡沫連接板，每個所述金屬泡沫連接板形成為具有預(yù)定厚度的板狀，所述金屬泡沫連接板的一個表面上沿該金屬泡沫連接板的厚度方向形成有溝槽，以使得所述單元電池分別容納在所述溝槽內(nèi)。所述陰極支撐件的所述外周面的一部分可以通過將所述電解質(zhì)的外周面突出到所述金屬泡沫連接板之外的一部分和所述陽極的外周面突出到所述金屬泡沫連接板之外的一部分去除而沿該陰極支撐件的長度方向暴露，并且所述固體氧化物燃料電池模塊還可以包括連接件，每個所述連接件設(shè)置在所述陰極支撐件的所述外周面的暴露部分上，并且使得該連接件與所述陽極間隔開，并突出到容納有所述單元電池的所述金屬泡沫連接板的一個表面之外。所述金屬泡沫連接板的數(shù)量可以是兩個或多于兩個，所述金屬泡沫連接板和所述多個單元電池可以交替層疊，以使得每個所述溝槽選擇性地與所述陽極接觸，并且所述金屬泡沫連接板的另一表面選擇性地與所述連接件接觸。所述金屬泡沫連接板可以包括第一金屬泡沫連接板，該第一金屬泡沫連接板布置在最下部，該第一金屬泡沫連接板的上表面上形成的所述溝槽選擇性地與所述陽極接觸；以及一個或多個第二金屬泡沫連接板，每個所述第二金屬泡沫連接板布置在所述第一金屬泡沫連接板上方，所述第二金屬泡沫連接板的上表面上形成的所述溝槽選擇性地與所述陽極接觸，所述第二金屬泡沫連接板的下表面選擇性地與所述連接件接觸；所述固體氧化物燃料電池模塊還可以包括金屬泡沫集電板，該金屬泡沫集電板形成為具有預(yù)定厚度的板狀，并且布置在所述第二金屬泡沫連接板的上方，以使得所述金屬泡沫集電板的下表面選擇性地與所述連接件接觸。所述溝槽可以具有內(nèi)壁，該內(nèi)壁形成為與所述單元電池的外周面相對應(yīng)。所述金屬泡沫連接板可以具有多孔性。所述金屬泡沫集電板可以具有多孔性。


圖1是顯示固體氧化物燃料電池的發(fā)電原理的原理圖；圖2是顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的固體氧化物燃料電池的集電方法的立體圖；圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的單層固體氧化物燃料電池模塊的立體圖；圖4是沿圖3的A-A’線剖切的固體氧化物燃料電池模塊的剖面圖；圖5是圖4所示的固體氧化物燃料電池模塊層疊結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施方式的單層固體氧化物燃料電池模塊的立體圖；圖7是沿圖6的B-B’線剖切的固體氧化物燃料電池模塊的剖面圖；以及圖8是圖7所示的固體氧化物燃料電池模塊層疊結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實施方式
通過以下參照附圖對實施方式的描述，本發(fā)明的各種目的、優(yōu)點和特征將變得明
Mo本說明書和權(quán)利要求中所使用的術(shù)語和字詞不應(yīng)被解釋為局限于典型含義或字典定義，而應(yīng)該基于如下規(guī)則即發(fā)明人能夠適當(dāng)?shù)叵薅ㄐg(shù)語的概念以最恰當(dāng)?shù)孛枋鏊蛩赖膶嵤┍景l(fā)明的最優(yōu)方法，來將本說明書和權(quán)利要求中所使用的術(shù)語和字詞解釋為具有與本發(fā)明的技術(shù)范圍相關(guān)的含義和概念。通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點將會被更清楚地理解。在說明書中，就全部附圖中對部件所添加的參考標(biāo)記而言，需要注意的是，同樣的參考標(biāo)記表示同樣的部件，即使這些部件在不同的附圖中顯示。在說明書中，術(shù)語“第一”、“第二”等用于將一個元件與另一元件區(qū)分開來，但是這些零件并不由上述術(shù)語限定。 此外，當(dāng)確定對與本發(fā)明相關(guān)的公知技術(shù)的詳細(xì)描述可能會使得本發(fā)明的要點模糊時，將省略對該公知技術(shù)的詳細(xì)描述。同時，附圖中所示的氧氣和氫氣僅用于詳細(xì)說明燃料電池的工作步驟，但這并不構(gòu)成對供給到陽極或陰極的氣體類型的限制。下面，將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的單層固體氧化物燃料電池模塊的立體圖；圖4是沿圖3的A-A’線剖切的固體氧化物燃料電池模塊的剖面圖；以及圖5是圖4 所示的固體氧化物燃料電池模塊層疊結(jié)構(gòu)的剖面圖。如圖3至圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的固體氧化物燃料電池模塊100包括多個單元電池110和金屬泡沫連接板120。每個單元電池110通過在制成管狀的陽極支撐件111的外周面上依次地層疊電解質(zhì)113和陰極115而形成。金屬泡沫連接板120形成為具有預(yù)定厚度Tl的板狀。在該金屬泡沫連接板120的一個表面上沿厚度方向形成有溝槽121，以使得單元電池110容納在這些溝槽121內(nèi)。單元電池110是用于產(chǎn)生電能的基本單元，并且由陽極支撐件111、電解質(zhì)113和陰極115構(gòu)成。以下將描述構(gòu)成單元電池110的陽極支撐件111、電解質(zhì)113以及陰極115。陽極支撐件111所起的作用是支撐層疊在該陽極支撐件111外周面上的電解質(zhì) 113和陰極115。因此，優(yōu)選地，陽極支撐件111比電解質(zhì)113和陰極115更厚，以確保支撐力。陽極支撐件111可以通過擠壓工藝形成。此外，陽極支撐件111形成為管狀，并接收來自于歧管的燃料(氫氣)，以通過電極反應(yīng)產(chǎn)生負(fù)電流。其中，陽極支撐件111通過采用氧化鎳(NiO)和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(yttria stabilized zirconia) (YSZ)而形成。氧化鎳通過氫氣還原為金屬鎳以表現(xiàn)出電導(dǎo)性，氧化釔穩(wěn)定氧化鋯則表現(xiàn)出作為氧化物的離子電導(dǎo)性。其中，優(yōu)選地，形成陽極支撐件111的氧化鎳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯的重量比例為例如 50 50 至 40 60。電解質(zhì)113所起的作用是將陰極115上產(chǎn)生的氧離子輸送到陽極支撐件111。電解質(zhì)113層疊并形成在陽極支撐件111的外周面上。其中，電解質(zhì)113可以通過采用干式法的涂覆工藝(例如等離子噴涂、電化學(xué)沉積、噴濺、離子束掃描、離子噴射等)或采用濕法的涂覆工藝(例如流延成型(tapecasting)、噴涂、浸漬涂布(dip coating)、絲網(wǎng)印刷 (screen printing)、刮片(doctor blade)等)并且隨后在 1300°C至 1500°C下燒結(jié)而形成。其中，電解質(zhì)113通過采用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(yttria stabilized zirconia)、鈧穩(wěn)定氧化鋯(Scandium Stabilized Zirconia) (ScSZ)、GDC(如 Ceci 8Gdtl 2O195 等)或 LDC(如IA1. Jea55Ou75等)即之類的材料形成。就氧化釔穩(wěn)定氧化鋯而言，四價鋯離子中的一些被三價釔離子代替。從而，在氧化釔穩(wěn)定氧化鋯內(nèi)每兩個釔離子形成一個氧離子空穴，因此， 氧離子在高溫下能夠移動穿過該氧離子空穴。在電解質(zhì)113內(nèi)，離子電導(dǎo)性微弱，因而因電阻極化而產(chǎn)生的電壓降微小。因此，如果可能的話，優(yōu)選地稀薄地形成電解質(zhì)113。同時，電解質(zhì)113內(nèi)形成的微孔形成燃料(氫氣)與空氣(氧氣)直接反應(yīng)的跨接(cross-over) 現(xiàn)象。這會使得效率下降，因此，應(yīng)當(dāng)注意防止該缺陷的產(chǎn)生。陰極115從外部接收空氣(氧氣)而在該陰極內(nèi)形成氧化環(huán)境，以通過電極反應(yīng)形成正電流。陰極115層疊并形成在電解質(zhì)113的外周面上。其中，陰極115可以通過采用與電解質(zhì)113相似的干式法或濕法涂覆具有高電子電導(dǎo)性的鑭鍶亞錳酸鹽((I^a84Srai6) MnO3)等并且隨后在1200°C至1300°C下燒結(jié)而形成。同時，在陰極115上，空氣(氧氣)通過鑭鍶亞錳酸鹽的催化反應(yīng)而轉(zhuǎn)變?yōu)檠蹼x子，然后氧離子通過電解質(zhì)113輸送到陽極支撐件 111。此外，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的固體氧化物燃料電池還包括連接件130，每個連接件130將產(chǎn)生的負(fù)電流從陽極支撐件111傳輸?shù)絾卧姵?10的外部。其中，連接件130 為陽極支撐件111的集電件，因此，其當(dāng)然需要具有電導(dǎo)性。為了形成連接件130，首先，將陰極115的外周面突出到金屬泡沫連接板120之外的一部分和電解質(zhì)113的外周面突出到金屬泡沫連接板120之外的一部分去除，以暴露出陽極支撐件111的外周面的一部分116。 然后，將連接件130布置在陽極支撐件111的外周面的暴露部分116上。其中，連接件130 需要突出到容納有單元電池110的金屬泡沫連接板120的一個表面之外，從而使得連接件 130能夠連接到另一個金屬泡沫連接板的另一表面上。有關(guān)該點將在下文詳細(xì)描述。同時， 連接件130電連接于陽極支撐件111。從而，當(dāng)連接件130與陰極115接觸時會產(chǎn)生諸如短路之類的缺陷。因此，優(yōu)選地，連接件130與陰極115以預(yù)定間隔間隔開。金屬泡沫連接板120所起的作用是收集單元電池110所產(chǎn)生的電能。金屬泡沫連接板120形成為具有預(yù)定厚度Tl的板狀。金屬泡沫連接板120具有溝槽121，這些溝槽121 沿金屬泡沫連接板120的厚度方向形成在該金屬泡沫連接板120的一個表面上。單元電池 110分別容納在所述溝槽121內(nèi)。其中，金屬泡沫連接板120因其電導(dǎo)性而能夠收集并排的單元電池Iio所產(chǎn)生的電能。圖3和圖4中一個金屬泡沫連接板120內(nèi)容納有三個單元電池110，但這僅是出于闡述目的。毫無疑問地，金屬泡沫連接板120內(nèi)可以容納三個、多于三個或少于三個單元電池110。溝槽121的內(nèi)壁形成為與單元電池110的外周面相對應(yīng)的曲面，從而最大程度地增加金屬泡沫連接板120與單元電池110之間的接觸面積，由此最大程度地提高集電效率。此外，金屬泡沫連接板120形成為具有多孔性。因而，盡管單元電池110容納在金屬泡沫連接板120的溝槽121內(nèi)，空氣(氧氣)仍然能夠有效地供給到陰極115，而不會存在任何問題。金屬泡沫連接板120需要具有上述電導(dǎo)性和多孔性。因而， 金屬泡沫連接板120優(yōu)選地通過采用金屬泡沫、板、金屬纖維等形成。同時，根據(jù)本優(yōu)選實施方式在固體氧化物燃料電池模塊100的外部形成氧化環(huán)境。因此，優(yōu)選地，金屬泡沫連接板120上涂覆有防氧化層，以防止金屬泡沫連接板120被氧化。如圖3和圖4所示，通過采用一個金屬泡沫連接板120，能夠?qū)崿F(xiàn)對并排的多個單元電池110的電流收集。此外，如圖5所示，當(dāng)使用兩個或多于兩個的金屬泡沫連接板120 時，金屬泡沫連接板120和單元電池110可以交替層疊。當(dāng)金屬泡沫連接板120與單元電池110交替層疊時，每個金屬泡沫連接板120的溝槽121選擇性地分別僅與單元電池110 的陰極115接觸，并且每個金屬泡沫連接板120的另一表面選擇性地僅與單元電池110的連接件130接觸。因而，并排布置并容納在一個金屬泡沫連接板120內(nèi)的單元電池110彼此并聯(lián)，而垂直布置并容納在不同金屬泡沫連接板120內(nèi)的單元電池110彼此串聯(lián)。從而， 根據(jù)本優(yōu)選實施方式的固體氧化物燃料電池模塊100能夠通過調(diào)整待層疊的金屬泡沫連接板120的數(shù)量而獲得必要的電壓。下面參照圖5詳細(xì)描述金屬泡沫連接板120和單元電池110交替層疊的結(jié)構(gòu)。金屬泡沫連接板120包括第一金屬泡沫連接板125和一個或多個第二金屬泡沫連接板127，其中所述第一金屬泡沫連接板125布置在最下部，所述一個或多個第二金屬泡沫連接板127 布置在第一金屬泡沫連接板125的上方。在第二金屬泡沫連接板127的上方設(shè)有金屬泡沫集電板128。金屬泡沫集電板1 形成為具有預(yù)定厚度T2的板狀。其中，形成在第二金屬泡沫連接板127上表面上的溝槽121選擇性地僅與陰極115接觸，并且金屬泡沫連接板127 的下表面123選擇性地僅與連接件130接觸。因為第一金屬泡沫連接板125的下方并未布置單元電池110，因此僅形成在第一金屬泡沫連接板125上表面上的溝槽121選擇性地與陰極115接觸。由于金屬泡沫集電板1 的上方并未布置單元電池110，因此僅金屬泡沫集電板128的下表面1 選擇性地與連接件130接觸，而且該金屬泡沫集電板128的上表面未形成有溝槽121，這與第一金屬泡沫連接板125相反。從而，第二金屬泡沫連接板127將垂直布置的單元電池110串聯(lián)連接。最終而言，第一金屬泡沫連接板125能夠收集正電流，金屬泡沫集電板128能夠收集負(fù)電流。同時，除了金屬泡沫集電板128的上表面未形成溝槽 121之外，該金屬泡沫集電板1 與第一金屬泡沫連接板125和第二金屬泡沫連接板127基本相同。相應(yīng)地，金屬泡沫集電板1 優(yōu)選地具有電導(dǎo)性和多孔性。此外，金屬泡沫集電板 128優(yōu)選地涂覆有防氧化層，以使得金屬泡沫集電板1 能夠在氧化環(huán)境中避免被氧化。根據(jù)本優(yōu)選實施方式的固體氧化物燃料電池模塊100采用金屬泡沫連接板120來收集電流。因此，本優(yōu)選實施方式與現(xiàn)有技術(shù)不同，不需要進行復(fù)雜的布線工藝，從而簡化了制造過程，降低了制造成本。另外，本優(yōu)選實施方式能夠通過采用金屬泡沫連接板120穩(wěn)定地層疊多個單元電池110，并且由于金屬泡沫連接板120的多孔性能夠容易地將空氣(氧氣)供給到單元電池110。圖6是根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施方式的單層固體氧化物燃料電池模塊的立體圖； 圖7是沿圖6的B-B’線剖切的固體氧化物燃料電池模塊的剖面圖；以及圖8是圖7所示的固體氧化物燃料電池模塊層疊結(jié)構(gòu)的剖面圖。如圖6至圖8所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的固體氧化物燃料電池模塊200包括多個燃料電池110和金屬泡沫連接板120。每個單元電池110通過在制成管狀的陰極支撐件117的外周面上依次地層疊電解質(zhì)113和陽極119而形成。金屬泡沫連接板120形成為具有預(yù)定厚度的板狀。該金屬泡沫連接板120的一個表面上沿厚度方向形成有溝槽121， 以使得單元電池110分別容納在這些溝槽121內(nèi)。根據(jù)本優(yōu)選實施方式的固體氧化物燃料電池模塊200與根據(jù)上述優(yōu)選實施方式的固體氧化物燃料電池模塊100的主要區(qū)別在于陽極(陽極支撐件)和陰極(陰極支撐件)的形成位置。相應(yīng)地，下面將基于該區(qū)別描述本優(yōu)選實施方式。單元電池110是用于產(chǎn)生電能的基本單元，其由陰極支撐件117、電解質(zhì)113和陽極119構(gòu)成。以下將描述構(gòu)成單元電池110的陰極支撐件117、電解質(zhì)113和陽極119。陰極支撐件117所起的作用是支撐層疊在該陰極支撐件117外周面上的電解質(zhì) 113和陽極119。因此，優(yōu)選地，陰極支撐件117比電解質(zhì)113和陽極119更厚，以確保支撐力。陰極支撐件117可以通過擠壓工藝形成。此外，陰極支撐件117形成為管狀，并接收來自于歧管的空氣(氧氣)，以通過電極反應(yīng)產(chǎn)生正電流。其中，陰極支撐件117可以由具有高電導(dǎo)性的鑭鍶亞錳酸鹽((L^84Srai6)MnO3)等形成。同時，在陰極支撐件117上，空氣(氧氣)通過鑭鍶亞錳酸鹽的催化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)檠蹼x子，然后這些氧離子通過電解質(zhì)113輸送到陽極119。電解質(zhì)113所起的作用是將陰極支撐件117上產(chǎn)生的氧離子輸送到陽極119。電解質(zhì)113層疊并形成在陰極支撐件117的外周面上。其中，電解質(zhì)113可以通過采用干式法的涂覆工藝(例如等離子噴涂、電化學(xué)沉積、噴濺、離子束掃描、離子噴射等)或采用濕法的涂覆工藝(例如流延成型、噴涂、浸漬涂布、絲網(wǎng)印刷、刮片等)并且隨后在1300°C 至1500°C下燒結(jié)而形成。其中，電解質(zhì)113通過采用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、鈧穩(wěn)定氧化鋯 (ScSZ)、⑶C(如等Cetl. Ada2O1.95等)或LDC(如Leiq. Aea55O1^5等)即之類的材料形成。就氧化釔穩(wěn)定氧化鋯而言，四價鋯離子中的一些被三價釔離子代替。從而，在氧化釔穩(wěn)定氧化鋯內(nèi)每兩個釔離子形成一個氧離子空穴，因此，氧離子在高溫下能夠穿過該氧離子空穴移動。在電解質(zhì)113內(nèi)，離子電導(dǎo)性微弱，因而因阻抗極化而產(chǎn)生的電壓降微小。因此，如果可能的話，優(yōu)選地稀薄地形成電解質(zhì)113。同時，電解質(zhì)113內(nèi)形成的微孔導(dǎo)致了空氣(氧氣)與燃料(氫氣)直接反應(yīng)的跨接現(xiàn)象。這會使得效率下降，因此，應(yīng)當(dāng)注意防止該缺陷的產(chǎn)生。陽極119接收來自與外部的燃料(氫氣)而在該陽極內(nèi)形成還原環(huán)境，以通過電極反應(yīng)產(chǎn)生負(fù)電流。陽極119層疊并形成在電解質(zhì)113的外周面上。其中，陽極119可以通過采用與電解質(zhì)113相似的干式法或濕法涂覆工藝形成。此外，陽極119通過采用氧化鎳(NiO)和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)而形成。氧化鎳通過氫氣還原為金屬鎳而表現(xiàn)出電導(dǎo)性，氧化釔穩(wěn)定氧化鋯則表現(xiàn)出作為氧化物的離子電導(dǎo)性。其中，優(yōu)選地，形成陽極支撐件 119的氧化鎳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯的重量比例為例如50 50至40 60。另外，根據(jù)本優(yōu)選實施方式的固體氧化物燃料電池模塊200還包括連接件130，每個連接件130將陰極支撐件130上產(chǎn)生的正電流輸送到單元電池110的外部。其中，連接件130是陰極支撐件117的集電件，因此，毫無疑問地，連接件130需要具有電導(dǎo)性。為了形成連接件130，首先，將陽極119的外周面突出到金屬泡沫連接板120之外的一部分和電解質(zhì)113的外周面突出到金屬泡沫連接板120之外的一部分去除，以暴露出陰極支撐件117 的外周面的一部分116。然后，將連接件130布置在陰極支撐件117的外周面的暴露部分 116上。其中，連接件130需要突出到容納有單元電池110的金屬泡沫連接板120的一個表面之外，從而使得連接件130能夠連接到另一個金屬泡沫連接板的另一表面上。有關(guān)該點將在下文詳細(xì)描述。同時，連接件130電連接于陰極支撐件117。從而，當(dāng)連接件130與陽極119接觸時會產(chǎn)生諸如短路之類的缺陷。因此，優(yōu)選地，連接件130與陽極119以預(yù)定間隔間隔開。金屬泡沫連接板120所起的作用是收集單元電池110所產(chǎn)生的電能。金屬泡沫連接板120形成為具有預(yù)定厚度Tl的板狀。金屬泡沫連接板120具有溝槽121，這些溝槽121沿金屬泡沫連接板120的厚度方向形成在該金屬泡沫連接板120的一個表面上。單元電池 110分別容納在所述溝槽121內(nèi)。其中，金屬泡沫連接板120因其電導(dǎo)性而能夠收集并排的單元電池Iio所產(chǎn)生的電能。圖6和圖7中一個金屬泡沫連接板120內(nèi)容納有三個單元電池110，但這僅是出于闡述目的。毫無疑問地，金屬泡沫連接板120內(nèi)可以容納三個、多于三個或少于三個單元電池110。溝槽121的內(nèi)壁形成為與單元電池110的外周面相對應(yīng)的曲面，從而最大程度地增加金屬泡沫連接板120與單元電池110之間的接觸面積，由此最大程度地提高集電效率。此外，金屬泡沫連接板120形成為具有多孔性。因而，盡管單元電池110容納在金屬泡沫連接板120的溝槽121內(nèi)，燃料(氫氣)仍然能夠有效地供給到陽極119，而不會存在任何問題。金屬泡沫連接板120需要具有上述電導(dǎo)性和多孔性。因而， 金屬泡沫連接板120優(yōu)選地通過采用金屬泡沫、板、金屬纖維等形成。如圖6和圖7所示，通過采用一個金屬泡沫連接板120，能夠?qū)崿F(xiàn)對并排的多個單元電池110的電流收集。此外，如圖8所示，當(dāng)使用兩個或多于兩個的金屬泡沫連接板120 時，金屬泡沫連接板120和單元電池110可以交替層疊。當(dāng)金屬泡沫連接板120與單元電池110交替層疊時，每個金屬泡沫連接板20的溝槽121選擇性地分別僅與單元電池110的陽極119接觸，并且每個金屬泡沫連接板120的另一表面選擇性地僅與單元電池110的連接件130接觸。因而，并排布置并容納在一個金屬泡沫連接板120內(nèi)的單元電池110彼此并聯(lián)，而垂直布置并容納在不同金屬泡沫連接板120內(nèi)的單元電池110彼此串聯(lián)。從而，根據(jù)本優(yōu)選實施方式的固體氧化物燃料電池模塊200能夠通過調(diào)整待層疊的金屬泡沫連接板120的數(shù)量而獲得必要的電壓。下面參照圖8詳細(xì)描述金屬泡沫連接板120和單元電池110交替層疊的結(jié)構(gòu)。金屬泡沫連接板120包括第一金屬泡沫連接板125和一個或多個第二金屬泡沫連接板127，其中所述第一金屬泡沫連接板125布置在最下部，所述一個或多個金屬泡沫連接板127布置在第一金屬泡沫連接板125的上方。在第二金屬泡沫連接板127的上方設(shè)有金屬泡沫集電板128。金屬泡沫集電板1 形成為具有預(yù)定厚度T2的板狀。其中，形成在第二金屬泡沫連接板127上表面上的溝槽121選擇性地僅與陽極119接觸，并且金屬泡沫連接板127的下表面123選擇性地僅與連接件130接觸。因為第一金屬泡沫連接板125的下方并未布置單元電池110，因此僅形成在第一金屬泡沫連接板125上表面上的溝槽121選擇性地與陽極 119接觸。由于金屬泡沫集電板128的上方并未布置單元電池110，這與第一金屬泡沫連接板125相反，因此僅金屬泡沫集電板128的下表面1 選擇性地與連接件130接觸，同時金屬泡沫集電板1 的上表面未形成有溝槽121。從而，第二金屬泡沫連接板127將垂直布置的單元電池110串聯(lián)連接。最終而言，第一金屬泡沫連接板125能夠收集負(fù)電流，金屬泡沫集電板128能夠收集正電流。同時，除了金屬泡沫集電板128的上表面未形成溝槽121之外，該金屬泡沫集電板128與第一金屬泡沫連接板125和第二金屬泡沫連接板127基本相同。相應(yīng)地，金屬泡沫集電板1 優(yōu)選地具有電導(dǎo)性和多孔性。根據(jù)本優(yōu)選實施方式的固體氧化物燃料電池模塊200采用金屬泡沫連接板120來收集電流。因此，本優(yōu)選實施方式與現(xiàn)有技術(shù)不同，不需要進行復(fù)雜的布線工藝，從而簡化了制造過程，降低了制造成本。另外，本優(yōu)選實施方式能夠通過采用金屬泡沫連接板120穩(wěn)定地層疊多個單元電池110，并且由于金屬泡沫連接板120的多孔性能夠容易地將燃料(氫氣)供給到單元電池110。
如上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同，通過采用金屬泡沫連接板以收集電流而不需要進行復(fù)雜的布線工藝，從而簡化了制造過程，降低了制造成本。此外，本發(fā)明通過采用金屬泡沫連接板而能夠穩(wěn)定地層疊多個單元電池，并且通過利用金屬泡沫連接板的多孔性能夠容易地供應(yīng)燃料或空氣(氧氣)。盡管出于闡述的目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是這些優(yōu)選實施方式僅用于具體說明本發(fā)明，因此根據(jù)本發(fā)明的固體氧化物燃料電池模塊并不局限于此，相反，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離附隨的權(quán)利要求所公開的本發(fā)明的范圍和構(gòu)思的前提下，可以對本發(fā)明進行多種改變、添加和替換。相應(yīng)地，這種改變、添加和替換也應(yīng)被理解為落入本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.固體氧化物燃料電池模塊，該固體氧化物燃料電池模塊包括多個單元電池，每個所述單元電池通過在形成為管狀的陽極支撐件的外周面上依次地層疊電解質(zhì)和陰極而形成；以及一個或多個金屬泡沫連接板，每個所述金屬泡沫連接板形成為具有預(yù)定厚度的板狀， 所述金屬泡沫連接板的一個表面上沿該金屬泡沫連接板的厚度方向形成有溝槽，以使得所述單元電池分別容納在所述溝槽內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池模塊，其中，所述陽極支撐件的所述外周面的一部分通過將所述電解質(zhì)的外周面突出到所述金屬泡沫連接板之外的一部分和所述陰極的外周面突出到所述金屬泡沫連接板之外的一部分去除而沿該陽極支撐件的長度方向暴露，并且其中所述固體氧化物燃料電池模塊還包括連接件，每個所述連接件設(shè)置在所述陽極支撐件的所述外周面的暴露部分上，以使得該連接件與所述陰極間隔開，并突出到容納有所述單元電池的所述金屬泡沫連接板的一個表面之外。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體氧化物燃料電池模塊，其中，所述金屬泡沫連接板的數(shù)量是兩個或多于兩個，所述金屬泡沫連接板和所述多個單元電池交替層疊，以使得每個所述溝槽選擇性地與所述陰極接觸，并且所述金屬泡沫連接板的另一表面選擇性地與所述連接件接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體氧化物燃料電池模塊，其中，所述金屬泡沫連接板包括 第一金屬泡沫連接板，該第一金屬泡沫連接板布置在最下部，該第一金屬泡沫連接板的上表面上形成的所述溝槽選擇性地與所述陰極接觸；以及一個或多個第二金屬泡沫連接板，每個所述第二金屬泡沫連接板布置在所述第一金屬泡沫連接板上方，所述第二金屬泡沫連接板的上表面上形成的所述溝槽選擇性地與所述陰極接觸，并且所述第二金屬泡沫連接板的下表面選擇性地與所述連接件接觸，并且其中所述固體氧化物燃料電池模塊還包括金屬泡沫集電板，該金屬泡沫集電板形成為具有預(yù)定厚度的板狀，并且布置在所述第二金屬泡沫連接板的上方，以使得所述金屬泡沫集電板的下表面選擇性地與所述連接件接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池模塊，其中，所述溝槽具有內(nèi)壁，該內(nèi)壁形成為與所述單元電池的外周面相對應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池模塊，其中，所述金屬泡沫連接板具有多孔性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池模塊，其中，所述金屬泡沫連接板涂覆有防氧化層。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體氧化物燃料電池模塊，其中，所述金屬泡沫集電板具有多孔性。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體氧化物燃料電池模塊，其中，所述金屬泡沫集電板涂覆有防氧化層。
10.固體氧化物燃料電池模塊，該固體氧化物燃料電池模塊包括多個單元電池，每個所述單元電池通過在形成為管狀的陰極支撐件的外周面上依次地層疊電解質(zhì)和陽極而形成；以及一個或多個金屬泡沫連接板，每個所述金屬泡沫連接板形成為具有預(yù)定厚度的板狀， 所述金屬泡沫連接板的一個表面上沿該金屬泡沫連接板的厚度方向形成有溝槽，以使得所述單元電池分別容納在所述溝槽內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體氧化物燃料電池模塊，其中，所述陰極支撐件的所述外周面的一部分通過將所述電解質(zhì)的外周面突出到所述金屬泡沫連接板之外的一部分和所述陽極的外周面突出到所述金屬泡沫連接板之外的一部分去除而沿該陰極支撐件的長度方向暴露，并且其中所述固體氧化物燃料電池模塊還包括連接件，每個所述連接件設(shè)置在所述陰極支撐件的所述外周面的暴露部分上，以使得該連接件與所述陽極間隔開，并突出到容納有所述單元電池的所述金屬泡沫連接板的一個表面之外。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體氧化物燃料電池模塊，其中，所述金屬泡沫連接板的數(shù)量是兩個或多于兩個，所述金屬泡沫連接板和所述多個單元電池交替層疊，以使得每個所述溝槽選擇性地與所述陽極接觸，并且所述金屬泡沫連接板的另一表面選擇性地與所述連接件接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的固體氧化物燃料電池模塊，其中，所述金屬泡沫連接板包括第一金屬泡沫連接板，該第一金屬泡沫連接板布置在最下部，該第一金屬泡沫連接板的上表面上形成的所述溝槽選擇性地與所述陽極接觸；以及一個或多個第二金屬泡沫連接板，每個所述第二金屬泡沫連接板布置在所述第一金屬泡沫連接板上方，所述第二金屬泡沫連接板的上表面上形成的所述溝槽選擇性地與所述陽極接觸，所述第二金屬泡沫連接板的下表面選擇性地與所述連接件接觸，并且其中所述固體氧化物燃料電池模塊還包括金屬泡沫集電板，該金屬泡沫集電板形成為具有預(yù)定厚度的板狀，并且布置在所述第二金屬泡沫連接板的上方，以使得所述金屬泡沫集電板的下表面選擇性地與所述連接件接觸。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體氧化物燃料電池模塊，其中，所述溝槽具有內(nèi)壁，該內(nèi)壁形成為與所述單元電池的外周面相對應(yīng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體氧化物燃料電池模塊，其中，所述金屬泡沫連接板具有多孔性。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的固體氧化物燃料電池模塊，其中，所述金屬泡沫集電板具有多孔性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固體氧化物燃料電池模塊。根據(jù)本發(fā)明的固體氧化物燃料電池包括多個單元電池，每個單元電池通過在形成為管狀的陽極支撐件的外周面上依次地層疊電解質(zhì)和陰極而形成；以及一個或多個金屬泡沫連接板，每個金屬泡沫連接板形成為具有預(yù)定厚度的板狀，該金屬泡沫連接板的一個表面上沿厚度方向形成有溝槽，以使得所述單元電池分別容納在所述溝槽內(nèi)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同，通過采用金屬泡沫連接板以收集電流而不需要進行復(fù)雜的布線工藝，從而簡化了制造過程，降低了制造成本。
文檔編號H01M8/24GK102403524SQ201110267070
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者具本錫, 尹琮植, 張宰赫 申請人:三星電機株式會社