本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，更具體地，涉及一種外流腔固體氧化物燃料電池電堆。

背景技術(shù)：

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種將碳氫燃料的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)化效率高、無污染的優(yōu)點。目前，主流的SOFC結(jié)構(gòu)有管式和平板式兩種結(jié)構(gòu)。平板式SOFC具有制造裝配簡單、成本低和功率密度高等優(yōu)點，逐漸成為國內(nèi)外研究的焦點。根據(jù)支撐體分類，平板式SOFC又分為電解質(zhì)支撐、陰極支撐和陽極支撐結(jié)構(gòu)。電解質(zhì)支撐SOFC采用較厚的陶瓷氧離子導體材料進行結(jié)構(gòu)支撐，整體歐姆電阻比較大，必須在1000℃左右的高溫工作。在這種情況下，多采用摻雜的LaCoO₃陶瓷作為連接體材料，其成本非常昂貴，發(fā)電效率低，不利于SOFC的商業(yè)化。陰極支撐的SOFC中采用鈣鈦礦類陶瓷材料支撐，其導電性差，易出現(xiàn)濃差極化，也不利于SOFC的推廣。陽極支撐的SOFC由高導電率的Ni/YSZ金屬陶瓷作為支撐體材料，陽極功能層、電解質(zhì)、陰極通過絲網(wǎng)印刷、電化學沉積或化學氣相沉積等工藝依次制備于支撐體上，該設計減少了電池的濃差極化，降低了電池的歐姆電阻，超薄的電解質(zhì)設計使得SOFC工作溫度降低到800℃以下，金屬連接體在電堆中的應用成為可能

平板式SOFC較為常用的有內(nèi)流腔和外流腔兩種電堆結(jié)構(gòu)設計。內(nèi)流腔電堆中氣流腔由連接體和密封材料依次堆垛而成，氣體在氣流腔內(nèi)的傳輸方向平行于電堆堆垛方向，與電池層內(nèi)氣流方向垂直，由于氣流腔與雙極板為一整體，故雙極板結(jié)構(gòu)較為復雜，加工難度大，且成本高昂。外氣道電堆中，氣流腔作為氣體緩沖室與堆芯分離，在一定程度上簡化了雙極板的結(jié)構(gòu)。上述兩種結(jié)構(gòu)中，若雙極板采用一體化成型，考慮到加工過程中的熱變形，必須采用較厚的鋼板才能得到所需結(jié)構(gòu)，這會大大增加電堆體積，降低體積能量密度。較為簡易的做法是，將支撐板和氣體分配器分別加工再組合，可簡化氣體分配板的制備工藝，也衍生出了各種形態(tài)的氣體分配板，包括了直流道，蛇形流道，枝形流道，氣體流場板形流道等等。

平板式SOFC中連接體雙極板由支撐板和氣體分配板組成，氣體分配板兼具均勻分配氣體與收集電池表面電流的功能。一般電堆中雙極板結(jié)構(gòu)為兩類，一類兩側(cè)集流器都采用金屬槽道設計，該設計的雙極板加工工藝復雜，成本較高。一類雙極板設計陰極集流器采用金屬槽道設計，而陽極集流常采用泡沫Ni或Ni氈，此設計的弊端在于，泡沫鎳和金屬槽道在高溫受力的變形行為不同，泡沫鎳在高溫下強度非常低，雙極板兩側(cè)實際是不對稱的應力傳遞，當壓力從上至下傳遞時，可能會出現(xiàn)應力的不均勻分布，影響到電池的密封和接觸。此外，從泡沫鎳的微觀結(jié)構(gòu)可知，其與電池陽極接觸的有效面積是很小的，電流收集效率還有進一步提高的空間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種外流腔固體氧化物燃料電池電堆，解決現(xiàn)有技術(shù)中雙極板制備工藝復雜，成本高，精度低的缺點，同時解決堆芯應力分布不均勻，集流效率偏低的問題，簡化電堆的裝配工藝，能保證陰陽極氣體分配的均勻性，提高收集電流的效率。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種外流腔固體氧化物燃料電池電堆，其特征在于，包括氣體緩沖腔體、上蓋板、下蓋板和電池單元，其中，

所述上蓋板和下蓋板分別設置于所述氣體緩沖腔體的上端和下端；

所述上蓋板包括第一支撐板和第一氣體流場板，所述第一支撐板的底端設置有第一開口槽，所述第一氣體流場板設置于所述第一支撐板的第一開口槽處，從而與所述第一支撐板之間形成氣體通道；

所述電池單元包括N個雙極板和N+1個平板型固體氧化物燃料電池，這些雙極板和平板型固體氧化物燃料電池上下堆疊、交錯設置；相鄰的所述雙極板與所述平板型固體氧化物燃料電池之間設置密封條，以用于防止氣體泄漏；

每個所述雙極板均包括第二支撐板和兩個第二氣體流場板，其中，所述第二支撐板的頂端和底端分別設置有第二開口槽，每個所述第二氣體流場板分別設置于一第二開口槽處，每個所述第二氣體流場板分別與所述第二支撐板之間形成氣體通道；

此外，所述上蓋板與位于最上方的平板型固體氧化物燃料電池之間也設置有用于防止氣體泄漏的密封條；

所述下蓋板包括第三支撐板和第三氣體流場板，所述第三支撐板的頂端設置有第三開口槽，所述第三氣體流場板設置于所述第三開口槽處，另外，所述下蓋板與位于最下方的平板型固體氧化物燃料電池之間也設置有用于防止氣體泄漏的密封條；

所述第一氣體流場板、第二氣體流場板和第三氣體流場板結(jié)構(gòu)相同。

優(yōu)選地，所述第一氣體流場板由不銹鋼板經(jīng)過壓力成型制成，并且該不銹鋼板的厚度為0.1mm～0.3mm。

優(yōu)選地，所述第一氣體流場板采用鐵素體型不銹鋼材料制成。

優(yōu)選地，所述第一氣體流場板的上下兩面分別涂有導電保護涂層。

優(yōu)選地，所述第一氣體流場板焊接在所述第一支撐板上。

優(yōu)選地，每個所述第二氣體流場板均焊接在所述第二支撐板上。

優(yōu)選地，所述第三氣體流場板焊接于所述第一支撐板上

優(yōu)選地，所述密封條采用陶瓷玻璃復合密封材料。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

1)本發(fā)明中雙極板保證陰陽極氣體分配的均勻性，提高收集電流的效率。

2)本發(fā)明中雙極板可以提高電堆結(jié)構(gòu)的對稱性，降低電堆中應力分布的不均勻性，降低密封失效的可能性。

3)本發(fā)明可以優(yōu)化電堆的裝配工藝，簡化電堆的裝配流程，從而提高電堆的質(zhì)量和可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中電池單元的分解示意圖；

圖3是本發(fā)明中雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中雙極板的局部放大圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

參照圖1～圖4，一種外流腔固體氧化物燃料電池電堆，包括氣體緩沖腔體1、上蓋板2、下蓋板4和電池單元3，其中，

所述上蓋板2和下蓋板4分別設置于所述氣體緩沖腔體1的上端和下端；

所述上蓋板2包括第一支撐板和第一氣體流場板，所述第一支撐板的底端設置有第一開口槽，所述第一氣體流場板設置于所述第一支撐板的第一開口槽處，從而與所述第一支撐板之間形成氣體通道；

所述電池單元3包括N個雙極板31和N+1個平板型固體氧化物燃料電池32，這些雙極板31和平板型固體氧化物燃料電池32上下堆疊、交錯設置；相鄰的所述雙極板31與所述平板型固體氧化物燃料電池32之間設置密封條33，以用于防止氣體泄漏；

每個所述雙極板31均包括第二支撐板311和兩個第二氣體流場板312，其中，所述第二支撐板311的頂端和底端分別設置有第二開口槽，每個所述第二氣體流場板312分別設置于一第二開口槽處，每個所述第二氣體流場板312分別與所述第二支撐板311之間形成氣體通道；

此外，所述上蓋板2與位于最上方的平板型固體氧化物燃料電池32之間也設置有用于防止氣體泄漏的密封條33；

所述下蓋板4包括第三支撐板和第三氣體流場板，所述第三支撐板的頂端設置有第三開口槽，所述第三氣體流場板設置于所述第三開口槽處，另外，所述下蓋板4與位于最下方的平板型固體氧化物燃料電池32之間也設置有用于防止氣體泄漏的密封條33；

所述第一氣體流場板、第二氣體流場板312和第三氣體流場板結(jié)構(gòu)相同。

進一步，所述第一氣體流場板由不銹鋼板經(jīng)過壓力成型制成，并且該不銹鋼板的厚度為0.1mm～0.3mm，所述第一氣體流場板采用鐵素體型不銹鋼材料制成，所述第一氣體流場板的上下兩面分別涂有導電保護涂層，所述第一氣體流場板焊接在所述第一支撐板上，每個所述第二氣體流場板312均焊接在所述第二支撐板311上，所述第三氣體流場板焊接于所述第一支撐板上，所述密封條33采用陶瓷玻璃復合密封材料。

本發(fā)明的雙極板31可以用于串聯(lián)平板型固體氧化物燃料電池32，提供結(jié)構(gòu)支撐，分布氣體，分隔燃料氣和氧化氣體，其兩由側(cè)帶槽的支撐板和固定于槽內(nèi)的特制氣體流場板組成，其中兩側(cè)槽深度和氣體流場板厚度可根據(jù)需要分別加工，氣體流場板尺寸略小于槽的尺寸，略大于燃料平板型固體氧化物燃料電池32的有效反應面積，通過點焊固定于槽道內(nèi)，厚度略高于槽的邊緣的深度以實現(xiàn)良好的接觸，與密封材料厚度匹配實現(xiàn)氣體密封。本發(fā)明中采用的第一氣體流場板優(yōu)選采用專利CN 104253280A中提到的氣體流場板。

進一步的，所述兩側(cè)氣體流場板均通過點焊固定于支撐板上，為保證氣體流場板接觸柔性，焊點選取四周少量幾點。

進一步的，氣體流場板可以是一整塊，也可由去向不同的幾小塊拼接而成，實現(xiàn)氣流的均勻性。

按照本發(fā)明的另一個方面，還提供了固體氧化物燃料電池雙極板31的制備方法，其制備工藝如下：

S1：選擇所需厚度的不銹鋼板；

S2：不銹鋼板經(jīng)過帶有特定滾輪的對輥機滾壓成型制成，波紋寬度和長度可通過滾壓模具來精確控制，具體細節(jié)參考專利CN 104253280A。對輥機加工后的氣體流場板彎曲不平，需經(jīng)精密輥壓機壓平到所需厚度，再經(jīng)激光切割到所需尺寸。

S3：再選擇一塊不銹鋼板，此不銹鋼板經(jīng)過激光切割到一定形狀，然后經(jīng)機械加工、點焊、激光焊接制備成帶有第二開口槽的第二支撐板311。

S4：氣體流場板安放于第二支撐板311的第二開口槽內(nèi)，經(jīng)四周少量點焊固定于支撐板上，完成。

本發(fā)明中的雙極板31可用于各種結(jié)構(gòu)的外流腔固體氧化物燃料電池電堆中，包括內(nèi)氣道、外氣道等，可以是同向流、交叉流和對向流結(jié)構(gòu)，不同的只是支撐板的結(jié)構(gòu)和加工方法而已。氣體流場板的材料和涂層也可根據(jù)需要調(diào)整。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。