本發(fā)明涉及能源生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可拆換式板狀電池串聯(lián)電池堆結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

燃料電池是把反應(yīng)物的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置，由陽極、電解質(zhì)和陰極組成。其可以分為五類：堿性燃料電池、磷酸鹽燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池。作為新一代燃料電池的固體氧化物燃料電池，被認(rèn)為是一種很有應(yīng)用前景的能量轉(zhuǎn)化設(shè)備。固體氧化物燃料電池具有以下優(yōu)勢(shì)：?jiǎn)挝惑w積能效和單位體積能量密度都比較高，可以實(shí)現(xiàn)大功率高效發(fā)電，若熱電聯(lián)供，其能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá)80％以上；氣體污染物排放量幾乎為零，發(fā)電噪音低，對(duì)環(huán)境有利；也可直接使用天然氣、石油液化氣、煤氣等碳?xì)浠衔锶剂蠚?，能源適應(yīng)性好；其所有組件全為固態(tài)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠性高。

目前，固體氧化物燃料電池主要有管式和平板式兩種結(jié)構(gòu)。對(duì)于平板式固體氧化物燃料電池，在投入商業(yè)運(yùn)行前，解決其電池堆的排列是一個(gè)關(guān)鍵問題。

傳統(tǒng)的平板式固體氧化物燃料電池堆如圖1所示，包括多組固體氧化物燃料單電池02和放置于相鄰兩個(gè)固體氧化物燃料單電池02之間的電池連接極01固體氧化物燃料單電池02包括陰極層021、電解質(zhì)層022和陽極層023。固體氧化物燃料電池堆一般按照這種方式堆疊到一定層數(shù)，最終將這些堆起來的電池進(jìn)行串并聯(lián)組合。由于各個(gè)固體氧化物燃料單電池都需要密封處理，故常采用單電池水平放置，然后逐層疊加的方式。使用類似的方法進(jìn)行電池堆的排列會(huì)帶來，如：電池受壓不均、電池約束應(yīng)力較大、電池堆維修困難等等一系列問題。

因此，如何設(shè)計(jì)新的平板式固體氧化物燃料電池堆的結(jié)構(gòu)是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可拆換式板狀電池串聯(lián)電池堆結(jié)構(gòu)，以更好地實(shí)現(xiàn)平板式固體氧化物燃料堆的布置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種可拆換式板狀電池串聯(lián)電池堆結(jié)構(gòu)，包括保溫保壓外殼、單電池集成單元、燃料氣體分配單元、氧化氣體分配單元、導(dǎo)電單元和電池緊固裝置；單電池集成單元由至少兩個(gè)單電池和金屬網(wǎng)過緊固單元串聯(lián)集成；單電池依次疊加放置，彼此之間僅通過金屬網(wǎng)進(jìn)行物理接觸；單電池集成單元設(shè)置于保溫保壓外殼內(nèi)；單電池集成單元的正負(fù)極通過導(dǎo)電單元引出保溫保壓外殼；燃料氣體分配單元和氧化氣體分配單元用于向單電池集成單元提供燃料氣體和氧化氣體。

進(jìn)一步的，單電池包括連接極、多孔金屬支撐層、陽極、電解質(zhì)層和陰極；連接極上開有氣體通路；連接極一側(cè)上開有凹槽，多孔金屬支撐層安裝于凹槽中，多孔金屬支撐層與連接極接觸的邊緣和支撐面之間通過焊接或者粘結(jié)密封固定。

進(jìn)一步的，多孔金屬支撐層與連接極的上表面修整出一個(gè)供噴涂的表面；陽極、電解質(zhì)層和陰極依次設(shè)置于該表面上。

進(jìn)一步的，陽極覆蓋多孔金屬支撐層且陽極的面積大于多孔金屬支撐層的面積；電解質(zhì)層覆蓋陽極且電解質(zhì)層的面積不小于陽極面積；陽極位于多孔金屬支撐層與連接極成的整體與電解質(zhì)層之間。

進(jìn)一步的，保溫保壓外殼中設(shè)有托架，單電池通過通氣管道或小凸臺(tái)固定于托架上。

進(jìn)一步的，導(dǎo)電單元包括單電池之間的金屬網(wǎng)和導(dǎo)電漿料以及單電池集成單元兩端的導(dǎo)線，單電池之間的金屬網(wǎng)為銀網(wǎng)或者鎳網(wǎng)，接觸漿料為銀漿的，導(dǎo)線為銀線。

本發(fā)明提供了一種可拆換式板狀電池串聯(lián)電池堆結(jié)構(gòu)，所述的電池堆結(jié)構(gòu)是以具有自密封功能單電池為基礎(chǔ)的。

進(jìn)一步的，該單電池的連接極、陽極、電解質(zhì)和陰極設(shè)計(jì)為一個(gè)無需外在密封的整體結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，保溫保壓外殼不僅提供保溫作用，同時(shí)也可以在不大于5Mpa下提供保壓的作用。

進(jìn)一步的，燃料氣體分配單元為每個(gè)單電池提供燃料氣體。

進(jìn)一步的，燃料氣體分配單元與每個(gè)單電池管道末端采用柔性連接過渡。

進(jìn)一步的，電池緊固裝置采用螺栓、彈簧或者氣壓的方式予以施壓，保證單電池直接良好的接觸。

進(jìn)一步的，單電池通過通氣管道或小凸臺(tái)固定于所述托架上。

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的固體氧化物燃料電池的制造方法，在電池制備完成后可以實(shí)現(xiàn)自密封的功能。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明一種可拆換式板狀電池串聯(lián)電池堆結(jié)構(gòu)，有效地解決了單電池受壓不均、電池約束應(yīng)力較大、電池堆維修困難等問題；電池在電池堆內(nèi)部為獨(dú)立體，單電池的數(shù)量可以自由增加或者減少；電池運(yùn)行過程中如果某個(gè)單電池發(fā)生損壞，也以通過檢修時(shí)將該電池予以更換或者移除，而不影響電池堆的性能；單電池集成單元在保溫保壓外殼中直接處于一定壓力的氧化性氣體氛圍中；本發(fā)明兼顧了單電池的可拆卸性能和密封性能。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)固體氧化物燃料電池堆的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的電池堆結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為單電池結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：01-電池連接極、02-固體氧化物燃料單電池、021-陰極層、022-電解質(zhì)層、023-陽極層；1-1保溫保壓外殼、1-2單電池集成單元、1-3燃料氣體分配單元、1-4氧化氣體分配單元、1-5導(dǎo)電單元、1-6電池緊固裝置、1-7托架；1-2-1單電池、1-2-2金屬網(wǎng)；1-2-1-1連接極、1-2-1-2多孔金屬支撐層、1-2-1-3陽極、1-2-1-4電解質(zhì)層、1-2-1-5陰極。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心是提供一種可拆換式板狀電池串聯(lián)電池堆結(jié)構(gòu)，使得電池堆的排列結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

請(qǐng)參閱圖2所示，本發(fā)明一種可拆換式板狀電池串聯(lián)電池堆結(jié)構(gòu)，包括保溫保壓外殼1-1、單電池集成單元1-2、燃料氣體分配單元1-3、氧化氣體分配單元1-4、導(dǎo)電單元1-5和電池緊固裝置1-6。

單電池集成單元1-2由至少兩個(gè)單電池1-2-1和金屬網(wǎng)1-2-2過緊固單元1-6串聯(lián)集成；單電池1-2-1依次疊加放置，彼此之間僅通過金屬網(wǎng)1-2-2進(jìn)行物理接觸。單電池集成單元1-2設(shè)置于保溫保壓外殼1-1內(nèi)；單電池集成單元1-2的正負(fù)極通過導(dǎo)電單元1-5引出。

單電池1-2-1包括連接極1-2-1-1、多孔金屬支撐層1-2-1-2、陽極1-2-1-3、電解質(zhì)層1-2-1-4和陰極1-2-1-5。連接極兩側(cè)開有氣體通路；連接極一側(cè)上開有凹槽，多孔金屬支撐層1-2-1-2安裝于凹槽中，多孔金屬支撐層1-2-1-2與連接極接觸的邊緣和支撐面之間通過焊接或者粘結(jié)密封固定。多孔金屬支撐層1-2-1-2與連接極的上表面修整出一個(gè)可供噴涂的表面；陽極1-2-1-3、電解質(zhì)層1-2-1-4和陰極1-2-1-5依次設(shè)置于該表面上。陰極1-2-1-5上設(shè)有一層金屬網(wǎng)1-2-2。

請(qǐng)參閱圖3所述，陽極覆蓋多孔金屬支撐層；電解質(zhì)層覆蓋陽極且電解質(zhì)層的面積大于陽極面積；電解質(zhì)層的邊緣和陽極的邊緣均接觸連接極；陽極位于多孔金屬支撐層與連接極1-1成的整體與電解質(zhì)層之間。致密電解質(zhì)層與連接極的邊緣接觸，保障連接極與多孔金屬內(nèi)部的氣體不沿著連接極四周的界面發(fā)生泄漏。

保溫保壓外殼1-1中設(shè)有托架，燃料氣體分配單元1-3與每個(gè)單電池陽極一側(cè)氣體通路采用柔性連接過渡；單電池通過通氣管道或小凸臺(tái)固定于托架1-7上。電池緊固裝置1-6包括電池堆支架和緊固裝置，緊固裝置可以采用螺栓、彈簧或者氣壓的方式予以施壓，保證單電池之間良好的接觸。

氧化氣體分配單元1-4直接將氧化氣體通入保溫保壓外殼1-1。

實(shí)施例1：

將單電池片豎直依次放置在箱體內(nèi)，而后通過緊固件或者氣壓裝置進(jìn)行固定，使得單電池之間能夠有效地接觸。測(cè)試電池堆表現(xiàn)出良好的電壓和功率輸出性能。

實(shí)施例2：

將單電池片水平依次疊加放置在箱體內(nèi)，而后通過緊固件或者氣壓裝置進(jìn)行固定，使得單電池之間能夠有效地接觸。測(cè)試電池堆表現(xiàn)出良好的電壓和功率輸出性能。

本說明書中的各個(gè)實(shí)施例具有相互關(guān)聯(lián)性，為遞進(jìn)說，但每個(gè)實(shí)施例中又有所不同側(cè)重，各個(gè)實(shí)施例之間相似的部分可相互參考。對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。本發(fā)明所述的基本原理可以在稍作修改后在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，因此，本發(fā)明將不被限制于本文中所示的實(shí)施例中，而是要在符合本文公開的原理和新穎特點(diǎn)的最寬的范圍內(nèi)。