一種高溫燃料電池集流端板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫燃料電池集流端板。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種清潔高效的發(fā)電技術(shù)，它能夠?qū)⑷剂系幕瘜W(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能。由于燃料電池不受卡諾循環(huán)的限制，發(fā)電效率可達(dá)40%?60%。而且電池中不含轉(zhuǎn)動部件，具有噪音低的優(yōu)點(diǎn)。燃料電池發(fā)電容量易于調(diào)整，在移動電源、固定式發(fā)電、分布式供能等領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景，是21世紀(jì)清潔發(fā)電技術(shù)的一個(gè)重要方向。根據(jù)電解質(zhì)的類型，可以分為質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、堿性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)以及固體氧化物燃料電池(SOFC)。其中熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池工作溫度一般高于600°C，被稱之為高溫燃料電池。高溫燃料電池由于工作溫度高，能夠提高電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)活性，降低對催化劑活性的要求，可用Ni等非貴金屬催化劑；同時(shí)，高溫燃料電池所產(chǎn)生的高溫余熱能夠用于熱電聯(lián)產(chǎn)，提高能量利用率。但是，工作在高溫下也給燃料電池帶來了許多挑戰(zhàn)，例如燃料電池密封材料、系統(tǒng)啟動時(shí)間，而且也限制了電池集流方式和材料的選擇。
[0003]目前在高溫燃料電池中，多采用Fe-Cr合金、Fe-N1-Cr合金等不銹鋼作為集流材料，加工成電池端板，覆蓋在電池堆兩端，實(shí)現(xiàn)電池集流。電池端板再與電流導(dǎo)線連接，向外輸出電流。電池端板與導(dǎo)線連接處通過置于常溫的空氣中自然冷卻。但是由于電池系統(tǒng)工作在高溫條件下，在電池端板與導(dǎo)線的連接處溫度較高，易于發(fā)生腐蝕，從而增大集流接觸電阻。因此限制了導(dǎo)線材料的選擇，不易選擇銀、銅等高導(dǎo)電率導(dǎo)線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種高溫燃料電池集流端板，降低電池端板與導(dǎo)線連接處的腐蝕，提高導(dǎo)線材料的選取范圍，進(jìn)一步提高電池性能和穩(wěn)定性。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:
[0006]一種高溫燃料電池集流端板，包括集流端板1，所述集流端板I包括相連接的電池端和引出端，電池端的形狀和面積與燃料電池堆電極的形狀和面積相同，引出端上開有冷卻管連接孔和導(dǎo)線連接孔，其中導(dǎo)線連接孔位置在遠(yuǎn)離電池端的一側(cè)，冷卻管連接孔在靠近電池端的一側(cè)，冷卻管2插入冷卻管連接孔與集流端板I連接，還包括導(dǎo)線4，通過導(dǎo)線連接件3插入導(dǎo)線連接孔將導(dǎo)線4與集流端板I連接。
[0007]所述集流端板I的引出端通過焊接或者一體化連接集流端板I的電池端。
[0008]所述集流端板I由Fe-Cr合金或Fe-N1-Cr合金材料加工支撐。
[0009]所述冷卻管2通過焊接的方式與集流端板I連接。
[0010]所述冷卻管2中通入的冷卻氣體為全部或部分燃料電池堆的燃料氣或氧化劑。
[0011]所述導(dǎo)線連接件3采用與集流端板I相同的材料，通過鉚接、焊接或螺母方式導(dǎo)線4與集流端板I進(jìn)行連接。
[0012]所述燃料電池堆由一個(gè)或多個(gè)燃料電池單元組成。
[0013]所述燃料電池單元由陽極、電解質(zhì)、陰極、陽極集流板以及陰極集流板組成。
[0014]本實(shí)用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0015]本實(shí)用新型通過利用燃料電池陽極和陰極進(jìn)氣的冷卻作用，能夠?qū)崿F(xiàn)高溫燃料電池集流端板與導(dǎo)線連接處溫度低于50°C，改善電池堆集流方式，降低歐姆電阻；拓展導(dǎo)線材料的選擇范圍，降低集流端板和導(dǎo)線的腐蝕，提高集流端板和導(dǎo)線的壽命，是一種新型的高溫燃料電池集流端板。
【附圖說明】
[0016]圖1a是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)主視圖。
[0017]圖1b是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1示意圖。
[0019]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0021]如圖1a和圖1b所示，本實(shí)用新型一種高溫燃料電池集流端板，包括集流端板1，所述集流端板I包括相連接的電池端和引出端，電池端的形狀和面積與燃料電池堆電極的形狀和面積相同，引出端上開有冷卻管連接孔和導(dǎo)線連接孔，其中導(dǎo)線連接孔位置在遠(yuǎn)離電池端的一側(cè)，冷卻管連接孔在靠近電池端的一側(cè)，冷卻管2插入冷卻管連接孔與集流端板I連接，還包括導(dǎo)線4，通過導(dǎo)線連接件3插入導(dǎo)線連接孔將導(dǎo)線4與集流端板I連接。所述燃料電池堆由一個(gè)或多個(gè)燃料電池單元組成。所述燃料電池單元由陽極、電解質(zhì)、陰極、陽極集流板以及陰極集流板組成。燃料和氧化劑分別通入到陽極和陰極中，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。所述燃料包括H2、CO和CH4,所述氧化劑包括氧氣和空氣。
[0022]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，所述集流端板I的引出端通過焊接或者一體化連接集流端板I的電池端。
[0023]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，所述集流端板I由Fe-Cr合金或Fe-N1-Cr合金材料加工支撐。
[0024]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，所述冷卻管2通過焊接的方式與集流端板I連接。
[0025]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，所述冷卻管2中通入的冷卻氣體為全部或部分燃料電池堆的燃料氣或氧化劑。
[0026]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，所述導(dǎo)線連接件3采用與集流端板I相同的材料，通過鉚接、焊接或螺母方式導(dǎo)線4與集流端板I進(jìn)行連接。
[0027]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，所述導(dǎo)線4采用銀、銅或者二者的合金材料，通過導(dǎo)線連接件3與集流端板I連接。
[0028]本實(shí)用新型所采用的集流方案中與電池堆的連接方式:兩塊集流端板I的電池端分別與燃料電池堆的陽極集流板、陰極集流板直接物理壓緊。與陽極集流板接觸的集流端板I稱為陽極集流端板，與陰極集流板接觸的集流端板I稱為陰極集流端板。陽極集流端板的冷卻管中通入燃料氣，而后燃料氣再通入到燃料電池堆的陽極入口 ；陰極集流端板的冷卻管中通入氧化劑，而后氧化劑再通入到燃料電池堆的陰極入口。從而實(shí)現(xiàn)對集流端板I的引出端的冷卻。陽陰極集流端板的引出端通過導(dǎo)線連接孔與導(dǎo)線進(jìn)行連接。
[0029]本實(shí)用新型的工作原理為:在工作時(shí)，燃料氣的部分或全部通入到陽極集流端板的冷卻管中，對陽極集流端板的引出端進(jìn)行冷卻，然后通入到燃料電池堆的陽極中。氧化劑的部分或全部通入到陰極集流端板的冷卻管中，對陰極集流端板的引出端進(jìn)行冷卻，然后通入到燃料電池堆的陰極中。燃料和氧化劑在燃料電池堆中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，再通過陰陽極的集流端板收集電流，最后通過與集流端板連接的導(dǎo)線向外輸出電能。
[0030]實(shí)施例1
[0031]如圖2所示，陽極集流端板的電池端與電池堆的陽極側(cè)直接物理接觸，陰極集流端板的電池端與電池堆的陰極側(cè)直接物理接觸。全部陽極進(jìn)氣(燃料氣)首先通過集流端板的冷卻管后通入電池堆陽極；全部陰極進(jìn)氣(氧化劑)首先通過集流端板的冷卻管后通入電池堆陰極。燃料氣和氧化劑在電池堆內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，電能通過集流端板引出至導(dǎo)線。導(dǎo)線與集流端板的連接方式是螺母連接。
[0032]實(shí)施例2
[0033]如圖3所示，陽極集流端板的電池端與電池堆的陽極側(cè)直接物理接觸，陰極集流端板的電池端與電池堆的陰極側(cè)直接物理接觸。部分陽極進(jìn)氣(燃料氣)首先通過集流端板的冷卻管后通入電池堆陽極，其余部分燃料氣直接通入到電池堆陽極中；部分陰極進(jìn)氣(氧化劑)首先通過集流端板的冷卻管后通入電池堆陰極，其余部分氧化劑直接通入到電池堆陰極中。燃料氣和氧化劑在電池堆內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，電能通過集流端板引出至導(dǎo)線。導(dǎo)線與集流端板的連接方式是鉚釘連接。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高溫燃料電池集流端板，其特征在于:包括集流端板(I)，所述集流端板(I)包括相連接的電池端和引出端，電池端的形狀和面積與燃料電池堆電極的形狀和面積相同，引出端上開有冷卻管連接孔和導(dǎo)線連接孔，其中導(dǎo)線連接孔位置在遠(yuǎn)離電池端的一側(cè)，冷卻管連接孔在靠近電池端的一側(cè)，冷卻管(2)插入冷卻管連接孔與集流端板(I)連接，還包括導(dǎo)線(4)，通過導(dǎo)線連接件(3)插入導(dǎo)線連接孔將導(dǎo)線(4)與集流端板(I)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫燃料電池集流端板，其特征在于:所述集流端板(I)的引出端通過焊接或者一體化連接集流端板(I)的電池端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫燃料電池集流端板，其特征在于:所述集流端板(I)由Fe-Cr合金或Fe-N1-Cr合金材料加工支撐。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫燃料電池集流端板，其特征在于:所述冷卻管(2)通過焊接的方式與集流端板(I)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫燃料電池集流端板，其特征在于:所述冷卻管(2)中通入的冷卻氣體為全部或部分燃料電池堆的燃料氣或氧化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫燃料電池集流端板，其特征在于:所述導(dǎo)線連接件(3)采用與集流端板(I)相同的材料，通過鉚接、焊接或螺母方式導(dǎo)線(4)與集流端板(I)進(jìn)行連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫燃料電池集流端板，其特征在于:所述燃料電池堆由一個(gè)或多個(gè)燃料電池單元組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高溫燃料電池集流端板，其特征在于:所述燃料電池單元由陽極、電解質(zhì)、陰極、陽極集流板以及陰極集流板組成。
【專利摘要】一種高溫燃料電池集流端板，包括集流端板，所述集流端板包括相連接的電池端和引出端，電池端的形狀和面積與燃料電池堆電極的形狀和面積相同，引出端上開有冷卻管連接孔和導(dǎo)線連接孔，其中導(dǎo)線連接孔位置在遠(yuǎn)離電池端的一側(cè)，冷卻管連接孔在靠近電池端的一側(cè)，冷卻管插入冷卻管連接孔與集流端板連接，還包括導(dǎo)線，通過導(dǎo)線連接件插入導(dǎo)線連接孔將導(dǎo)線與集流端板連接；本實(shí)用新型通過利用燃料電池陽極和陰極進(jìn)氣的冷卻作用，能夠?qū)崿F(xiàn)高溫燃料電池集流端板與導(dǎo)線連接處溫度低于50℃，改善電池堆集流方式，降低歐姆電阻；拓展導(dǎo)線材料的選擇范圍，降低集流端板和導(dǎo)線的腐蝕，提高集流端板和導(dǎo)線的壽命。
【IPC分類】H01M8-02
【公開號】CN204348817
【申請?zhí)枴緾N201420786120
【發(fā)明人】許世森, 王洪建, 程健, 王鵬杰, 張瑞云, 任永強(qiáng)
【申請人】中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月11日