專利名稱：固體氧化物燃料電池的電池單元、電池組及反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，尤其涉及一種固體氧化物燃料電池的電池單元、電池
組及反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
燃料電池是很有發(fā)展前途的新的動力電源，其是一種化學(xué)電池，利用物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時釋出的能量，直接將其變換為電能。對于固體氧化物燃料電池，也是將反應(yīng)物的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)裝置，通常工作溫度較高，在800-100(TC，工作原理為在陽極一側(cè)持續(xù)通入燃料氣，例如氫氣、 天然氣、液化天然氣、管道氣等，具有催化作用的陽極表面吸附燃料氣體，并通過陽極的多孔結(jié)構(gòu)擴(kuò)散到陽極與電解質(zhì)的界面，在陰極一側(cè)持續(xù)通入氧氣或空氣，具有多孔結(jié)構(gòu)的陰極表面吸附氧，由于陰極的催化作用，使得氧氣變?yōu)檠蹼x子，在化學(xué)勢的作用下，氧離子進(jìn)入電解質(zhì)，由于濃度梯度引起擴(kuò)散，最終到達(dá)固體電解質(zhì)與陽極的界面，與燃料氣體發(fā)生反應(yīng)。目前的固體氧化物燃料電池常采用的平板式固體氧化物燃料電池堆結(jié)構(gòu)，其為由板狀的單電池片疊加并封裝起來從而形成電池堆，單電池片由陽極、電解質(zhì)及陰極組成，在陰極側(cè)及陽極側(cè)分別具有提供氣體的通道，同時，這兩側(cè)的氣道也是相互隔離開的。平板式結(jié)構(gòu)的氣體流通路徑短，能量高，而且體積小，是目前應(yīng)用的主流。但其問題在于，平板式固體氧化物燃料電池堆為封裝一體的結(jié)構(gòu)，用戶難以根據(jù)自己需求增減電池的發(fā)電量，而且，當(dāng)其中一片單電池片損壞時，整個電池堆就需要更換，維護(hù)成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種氧化物燃料電池的電池單元，結(jié)構(gòu)簡單，易于更換，制造機(jī)維護(hù)成本低。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了如下技術(shù)方案一種固體氧化物燃料電池的電池單元，包括圓形盒體以及電池片，所述盒體的一個表面具有開口，所述開口由與該表面封接的電池片覆蓋，所述電池片包括依次設(shè)置的陽極、電解質(zhì)以及陰極，所述陽極朝向盒體的內(nèi)腔，所述盒體的側(cè)壁上具有通孔。可選地，所述開口為與盒體同心的圓形或方形?？蛇x地，所述盒體包括盒底和盒蓋，所述盒蓋的邊沿與所述盒底相封接?？蛇x地，所述電池片封接在所述表面朝向盒體內(nèi)腔的一側(cè)或封接在所述表面朝向盒體外部的一側(cè)。可選地，所述盒體為不銹鋼合金材料?？蛇x地，采用不銹鋼合金材料制備盒體時采用熱退火工藝?？蛇x地，還包括與所述通孔連接的進(jìn)氣管道和出氣管道。
可選地，所述表面上具有正弦波紋，該波紋沿盒體的圓心向盒體外邊緣的方向延伸。此外，本發(fā)明還提出了一種固體氧化物燃料電池組，包括上述任一項所述的固體氧化物燃料電池的電池單元。此外，本發(fā)明還提出了一種固體氧化物燃料電池反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)爐以及反應(yīng)爐中的由多個如上述任一項所述的固體氧化物燃料電池的電池單元組成的電池組。本發(fā)明提供的固體氧化物燃料電池的電池單元，在盒體的開口上形成了與其封接的電池片，電池片的陽極朝向盒體的內(nèi)腔，這樣，可以通過通孔將燃燒氣體通入到盒體的內(nèi)腔，盒體外為氧氣或空氣，從而實現(xiàn)化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)換，而每個電池單元為獨(dú)立的單元，可以根據(jù)用戶的需要具體設(shè)置電池單元的個數(shù)，并且當(dāng)某個電池單元損壞時，只需更換單個電池單元，配置靈活，維修費(fèi)用低。


圖I為本發(fā)明實施例一的固體氧化物燃料電池的電池單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的AA向剖面圖；圖3為為本發(fā)明實施例二的固體氧化物燃料電池的電池單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3的AA向剖面圖；圖5為圖4的局部放大圖。
具體實施例方式為使發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。實施例I參考圖I和圖2所示，為用于固體氧化物燃料電池的電池單元的實施例I的結(jié)構(gòu)示意圖和剖面示意圖，其包括圓形盒體100以及電池片(圖未示出)，該圓形的盒體由盒底和盒蓋組成，該盒蓋具有一定的深度，并具有邊沿，通過邊沿與盒底封接在一起形成有內(nèi)部空腔的盒體100，盒體100的一個表面110具有開口 120，在本實施例中，該具有開口 120的表面為盒底所在的表面。當(dāng)然，此處盒體100的構(gòu)成僅為示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以利用其他的方法和結(jié)構(gòu)形成具有內(nèi)部空腔的圓形盒體。此處采用圓形盒體是考慮到將電池單元放置在反應(yīng)爐中時，圓形分布具有更好的熱應(yīng)力均勻性。盒體的開口 120所在的表面上封接有電池片，該開口的形狀可以為圓形、方形或其他合適的形狀，優(yōu)選地，可以為與盒體同心的圓形或方形，更優(yōu)地，可以為與盒體同心的圓形，以具有更好的熱應(yīng)力均勻性。該電池片將該開口 120覆蓋，也就是說在開口 120上方設(shè)置了電池片，該盒體作為電池片的支撐結(jié)構(gòu)以及容納反應(yīng)氣體，所述電池片可以根據(jù)需要，封接在所述表面朝向盒體內(nèi)腔的一側(cè)或封接在所述表面朝向盒體外部的一側(cè)。該電池片可以為現(xiàn)有的任意結(jié)構(gòu)的電池片，電池片包括依次設(shè)置的陽極、電解質(zhì)以及陰極，其陽極朝向盒體的內(nèi)腔，也就是與反應(yīng)氣體相接觸，當(dāng)然，陰極便朝向盒體的外部，也就是與外部的氧氣或空氣接觸。在盒體的側(cè)壁130上具有通孔，以用于向盒體100的內(nèi)腔通入反應(yīng)氣體以及排除廢氣，在本實施例中，通過進(jìn)氣管道和出氣管道與通孔連接來輸入、輸出氣體，可以根據(jù)具體的需要來設(shè)置通孔的數(shù)量和位置，本發(fā)明并不對此作出限制。所述盒體可以采用不銹鋼合金材料或其他耐熱耐腐蝕的材料來制備，由于在應(yīng)用過程中需要升溫及降溫操作，這樣電池盒出現(xiàn)鼓包導(dǎo)致電池盒的不平整，影響電池單元的使用，為此，在制備不銹鋼合金材料的盒體時采用熱退火工藝，在一個具體的實施例中，將盒體嵌于支撐盒體的模型中，以保證冷熱作用時不會影響盒體表面的平整度，而后將盒體放入馬弗爐中煅燒到850°C，保溫I小時，同時緩慢降到室溫，此處的方法僅為示例。此外，由于該電池單元由盒體、電池片封接在一起，各材料之間的熱膨脹系數(shù)可能會不完全匹配，盒體的熱應(yīng)力大，導(dǎo)致鼓包，為此，本發(fā)明提出了如下的實施例。
實施例2參考圖3-圖5，實施例2與實施例I的區(qū)別僅在于，在封接有電池片的盒體的表面110上，具有正弦波紋150，該波紋沿盒體的圓心向盒體外邊緣的方向延伸，也就是說，盒體的該表面沿著圓心向盒體外邊緣的方向為正弦波紋起伏，可以在間隔一定的半徑的地方設(shè)置一組正弦波紋，每組正弦波紋中可以包括一個或多個正弦波形。通過正弦波形的設(shè)計將熱應(yīng)力分散，從而降低電池盒熱應(yīng)力的影響，結(jié)合上述制備不銹鋼合金材料的盒體時采用熱退火工藝，可以更好地解決熱應(yīng)力對電池單元的影響。以上對本發(fā)明的固體氧化物燃料電池的電池單元的實施例及效果進(jìn)行了詳細(xì)的描述，此外，本發(fā)明還提供了由多個上述任一固體氧化物燃料電池的電池單元組成的固體氧化物燃料電池組，可以根據(jù)用戶具體的需求，設(shè)置固體氧化物燃料電池的電池單元的個數(shù)和連接方式，比如串接或并接，配置靈活，成本也低。此外，本發(fā)明還提出了一種固體氧化物燃料電池反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)爐以及反應(yīng)爐中的由多個如上述任一項所述的固體氧化物燃料電池的電池單元組成的電池組,用于化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)換。在具體的應(yīng)用中，將反應(yīng)爐加熱到一定的溫度，并將反應(yīng)氣體通入到電池單元盒體的內(nèi)腔中，也可以是將加熱到一定溫度后的氣體通入到盒體的內(nèi)腔中，而反應(yīng)爐中通入的為氧氣或空氣，也即，盒體外部充斥著氧氣或空氣，燃料氣體與氧氣或空氣反應(yīng)，從而轉(zhuǎn)化為電能。雖然本發(fā)明是結(jié)合以上實施例進(jìn)行描述的，但本發(fā)明并不被限定于上述實施例，而只受所附權(quán)利要求的限定，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠容易地對其進(jìn)行修改和變化，但并不離開本發(fā)明的實質(zhì)構(gòu)思和范圍。
權(quán)利要求
1.一種固體氧化物燃料電池的電池單元，其特征在于，包括 圓形盒體以及電池片，所述盒體的一個表面具有開口，所述開口由與該表面封接的電池片覆蓋，所述電池片包括依次設(shè)置的陽極、電解質(zhì)以及陰極，所述陽極朝向盒體的內(nèi)腔，所述盒體的側(cè)壁上具有通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體氧化物燃料電池的電池單元，其特征在于，所述開口為與盒體同心的圓形或方形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體氧化物燃料電池的電池單元，其特征在于，所述盒體包括盒底和盒蓋，所述盒蓋的邊沿與所述盒底相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體氧化物燃料電池的電池單元，其特征在于，所述電池片封接在所述表面朝向盒體內(nèi)腔的一側(cè)或封接在所述表面朝向盒體外部的一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體氧化物燃料電池的電池單元，其特征在于，所述盒體為不銹鋼合金材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固體氧化物燃料電池的電池單元，其特征在于，采用不銹鋼合金材料制備盒體時采用熱退火工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體氧化物燃料電池的電池單元，其特征在于，還包括與所述通孔連接的進(jìn)氣管道和出氣管道。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的固體氧化物燃料電池的電池單元，其特征在于，所述表面上具有正弦波紋，該波紋沿盒體的圓心向盒體外邊緣的方向延伸。
9.一種固體氧化物燃料電池組，包括多個如權(quán)利要求1-8中任一項所述的固體氧化物燃料電池的電池單元。
10.一種固體氧化物燃料電池反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)爐以及反應(yīng)爐中的由多個如權(quán)利要求1-8中任一項所述的固體氧化物燃料電池的電池單元組成的電池組。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種固體氧化物燃料電池的電池單元，包括圓形盒體以及電池片，所述盒體的一個表面具有開口，所述開口由與該表面封接的電池片覆蓋，所述電池片包括依次設(shè)置的陽極、電解質(zhì)以及陰極，所述陽極朝向盒體的內(nèi)腔，所述盒體的側(cè)壁上具有通孔。由于每個電池單元為獨(dú)立的單元，可以根據(jù)用戶的需要具體設(shè)置電池單元的個數(shù)，并且當(dāng)某個電池單元損壞時，只需更換單個電池單元，配置靈活，維修費(fèi)用低。
文檔編號H01M8/24GK102832397SQ201210324738
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者朱軍, 杜俊平, 趙巧紅, 張欣 申請人:北京斯塔能源科技有限公司