专利名称：固体氧化物燃料电池模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固体氧化物燃料电池模块。
背景技术：
一般而言，燃料电池是一种通过电化学反应将燃料(氢气、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)等)和空气(氧气)的化学能直接转换为电能和热能的装置。燃料电池不要求燃料燃烧或涡轮机驱动，其与需要经由燃料燃烧、生成蒸汽、涡轮机驱动、发电驱动等步骤的现有发电技术是不同的。因此，燃料电池是一种兼具高效率和避免环境问题的发电技术新概念。燃料电池产生微量的S0X、NOx等，并生成少量的二氧化碳，因此其能够实现无污染发电并具有诸如低噪音、无振动等之类的优点。燃料电池具有多种类型，例如磷酸燃料电池(PAFC)、碱性燃料电池(AFC)、聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醛燃料电池(DMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)等。在这些燃料电池之中，固体氧化物燃料电池(SOFC)由于能够高效发电并允许进行煤气、燃料电池、燃气轮机等的组合式循环发电，因此其适于作为小型发电站、大型发电站或分布式电源，并且具有多种发电容量。因而，为步入未来的氢经济社会，固体氧化物燃料电池是一种必不可少的发电技术。图1是显示固体氧化物燃料电池发电原理的原理图。就根据图1所示的固体氧化物燃料电池(SOFC)的基本发电原理而言，在燃料为氢气(H2)或一氧化碳(CO)时，阳极1和阴极2上发生下列电极反应。阳极CCHH2O — H2+C022H2+202_ — 4e>2H20阴极02+4e+— 202-总反应H2+C0+02 — C02+H20也就是说，阳极1上产生的电子(e_)通过外部电路4输送到阴极2，与此同时，阴极2上产生的氧离子(02_)通过电解质3输送到阳极1。此外，在阳极1上氢气(H2)与氧离子(02_)结合以产生电子(e_)和水(H2O)。从而，就固体氧化物燃料电池的总反应而言，氢气(H2)或一氧化碳(CO)被供给到阳极1，同时氧气被供给到阴极2，从而最终产生二氧化碳(CO2)和水(H2O)。通过上述发电过程产生电能的固体氧化物燃料电池具有微小的不可逆损失和基于活化极化(activation polarization)而具有低的过电压。此外，固体氧化物燃料电池能够采用氢气和碳氢化合物作为燃料，因而提供了广泛的燃料选择。另外，由于电极位置快速的反应速度，固体氧化物燃料电池不需要采用昂贵的贵金属作为电极催化剂。但是，固体氧化物燃料电池中的管状固体氧化物燃料电池在集电方面存在困难。图2是显示根据现有技术的固体氧化物燃料电池的集电方法的立体图。根据图2 所示的现有技术的缺点如下当通过固体氧化物燃料电池的发电过程发电而产生电流时，为收集电流，需要在单元电池10的外周面上布设镍或银导线20。但是，布线工艺是复杂的，并且导线20非常昂贵，从而增加了制造成本。此外，单元电池10尺寸的增加导致用于集电的导线20的长度增加。因而，导线20的阻抗增大，最终使得集电效率下降。另外，当层叠或堆叠多个单元电池 10时，每个单元电池10均需要进行布线工艺。从而，整体集电系统会变得非常复杂。
发明内容
本发明致力于提供一种固体氧化物燃料电池模块，该固体氧化物燃料电池模块通过采用金属泡沫连接板来集电而能够提高集电效率，并能够实现稳定的叠层结构。根据本发明的优选实施方式，提供一种固体氧化物燃料电池模块，该固体氧化物燃料电池模块包括多个单元电池，每个所述单元电池通过在形成为管状的阳极支撑件的外周面上依次地层叠电解质和阴极而形成；以及一个或多个金属泡沫连接板，每个所述金属泡沫连接板形成为具有预定厚度的板状，所述金属泡沫连接板的一个表面上沿该金属泡沫连接板的厚度方向形成有沟槽，以使得所述单元电池分别容纳在所述沟槽内。所述阳极支撑件的所述外周面的一部分可以通过将所述电解质的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分和所述阴极的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分去除而沿该阳极支撑件的长度方向暴露，并且所述固体氧化物燃料电池模块还可以包括连接件，每个所述连接件设置在所述阳极支撑件的所述外周面的暴露部分上，并且使得该连接件与所述阴极间隔开，并突出到容纳有所述单元电池的所述金属泡沫连接板的一个表面之外。所述金属泡沫连接板的数量可以是两个或多于两个，所述金属泡沫连接板和所述多个单元电池可以交替层叠，以使得每个所述沟槽选择性地与所述阴极接触，并且所述金属泡沫连接板的另一表面选择性地与所述连接件接触。所述金属泡沫连接板可以包括第一金属泡沫连接板，该第一金属泡沫连接板布置在最下部，该第一金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阴极接触；以及一个或多个第二金属泡沫连接板，每个所述第二金属泡沫连接板布置在所述第一金属泡沫连接板上方，所述第二金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阴极接触，并且所述第二金属泡沫连接板的下表面选择性地与所述连接件接触；所述固体氧化物燃料电池模块还可以包括金属泡沫集电板，该金属泡沫集电板形成为具有预定厚度的板状，并且布置在所述第二金属泡沫连接板的上方，并使得所述金属泡沫集电板的下表面选择性地与所述连接件接触。所述沟槽可以具有内壁，该内壁形成为与所述单元电池的外周面相对应。所述金属泡沫连接板可以具有多孔性。所述金属泡沫连接板可以涂覆有防氧化层。所述金属泡沫集电板可以具有多孔性。
所述金属泡沫集电板可以涂覆有防氧化层。根据本发明的另一优选实施方式，提供一种固体氧化物燃料电池模块，该固体氧化物燃料电池模块包括多个单元电池，每个所述单元电池通过在形成为管状的阴极支撑件的外周面上依次地层叠电解质和阳极而形成；以及一个或多个金属泡沫连接板，每个所述金属泡沫连接板形成为具有预定厚度的板状，所述金属泡沫连接板的一个表面上沿该金属泡沫连接板的厚度方向形成有沟槽，以使得所述单元电池分别容纳在所述沟槽内。所述阴极支撑件的所述外周面的一部分可以通过将所述电解质的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分和所述阳极的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分去除而沿该阴极支撑件的长度方向暴露，并且所述固体氧化物燃料电池模块还可以包括连接件，每个所述连接件设置在所述阴极支撑件的所述外周面的暴露部分上，并且使得该连接件与所述阳极间隔开，并突出到容纳有所述单元电池的所述金属泡沫连接板的一个表面之外。所述金属泡沫连接板的数量可以是两个或多于两个，所述金属泡沫连接板和所述多个单元电池可以交替层叠，以使得每个所述沟槽选择性地与所述阳极接触，并且所述金属泡沫连接板的另一表面选择性地与所述连接件接触。所述金属泡沫连接板可以包括第一金属泡沫连接板，该第一金属泡沫连接板布置在最下部，该第一金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阳极接触；以及一个或多个第二金属泡沫连接板，每个所述第二金属泡沫连接板布置在所述第一金属泡沫连接板上方，所述第二金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阳极接触，所述第二金属泡沫连接板的下表面选择性地与所述连接件接触；所述固体氧化物燃料电池模块还可以包括金属泡沫集电板，该金属泡沫集电板形成为具有预定厚度的板状，并且布置在所述第二金属泡沫连接板的上方，以使得所述金属泡沫集电板的下表面选择性地与所述连接件接触。所述沟槽可以具有内壁，该内壁形成为与所述单元电池的外周面相对应。所述金属泡沫连接板可以具有多孔性。所述金属泡沫集电板可以具有多孔性。
图1是显示固体氧化物燃料电池的发电原理的原理图；图2是显示根据现有技术的固体氧化物燃料电池的集电方法的立体图；图3是显示根据本发明一种优选实施方式的单层固体氧化物燃料电池模块的立体图；图4是沿图3的A-A’线剖切的固体氧化物燃料电池模块的剖面图；图5是图4所示的固体氧化物燃料电池模块层叠结构的剖面图；图6是根据本发明另一优选实施方式的单层固体氧化物燃料电池模块的立体图；图7是沿图6的B-B’线剖切的固体氧化物燃料电池模块的剖面图；以及图8是图7所示的固体氧化物燃料电池模块层叠结构的剖面图。
具体实施方式
通过以下参照附图对实施方式的描述，本发明的各种目的、优点和特征将变得明
Mo本说明书和权利要求中所使用的术语和字词不应被解释为局限于典型含义或字典定义，而应该基于如下规则即发明人能够适当地限定术语的概念以最恰当地描述他或她所知道的实施本发明的最优方法，来将本说明书和权利要求中所使用的术语和字词解释为具有与本发明的技术范围相关的含义和概念。通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将会被更清楚地理解。在说明书中，就全部附图中对部件所添加的参考标记而言，需要注意的是，同样的参考标记表示同样的部件，即使这些部件在不同的附图中显示。在说明书中，术语“第一”、“第二”等用于将一个元件与另一元件区分开来，但是这些零件并不由上述术语限定。 此外，当确定对与本发明相关的公知技术的详细描述可能会使得本发明的要点模糊时，将省略对该公知技术的详细描述。同时，附图中所示的氧气和氢气仅用于详细说明燃料电池的工作步骤，但这并不构成对供给到阳极或阴极的气体类型的限制。下面，将参照附图详细描述根据本发明的优选实施方式。图3是显示根据本发明一种优选实施方式的单层固体氧化物燃料电池模块的立体图；图4是沿图3的A-A’线剖切的固体氧化物燃料电池模块的剖面图；以及图5是图4 所示的固体氧化物燃料电池模块层叠结构的剖面图。如图3至图5所示，根据本发明的固体氧化物燃料电池模块100包括多个单元电池110和金属泡沫连接板120。每个单元电池110通过在制成管状的阳极支撑件111的外周面上依次地层叠电解质113和阴极115而形成。金属泡沫连接板120形成为具有预定厚度Tl的板状。在该金属泡沫连接板120的一个表面上沿厚度方向形成有沟槽121，以使得单元电池110容纳在这些沟槽121内。单元电池110是用于产生电能的基本单元，并且由阳极支撑件111、电解质113和阴极115构成。以下将描述构成单元电池110的阳极支撑件111、电解质113以及阴极115。阳极支撑件111所起的作用是支撑层叠在该阳极支撑件111外周面上的电解质 113和阴极115。因此，优选地，阳极支撑件111比电解质113和阴极115更厚，以确保支撑力。阳极支撑件111可以通过挤压工艺形成。此外，阳极支撑件111形成为管状，并接收来自于歧管的燃料(氢气)，以通过电极反应产生负电流。其中，阳极支撑件111通过采用氧化镍(NiO)和氧化钇稳定氧化锆(yttria stabilized zirconia) (YSZ)而形成。氧化镍通过氢气还原为金属镍以表现出电导性，氧化钇稳定氧化锆则表现出作为氧化物的离子电导性。其中，优选地，形成阳极支撑件111的氧化镍和氧化钇稳定氧化锆的重量比例为例如 50 50 至 40 60。电解质113所起的作用是将阴极115上产生的氧离子输送到阳极支撑件111。电解质113层叠并形成在阳极支撑件111的外周面上。其中，电解质113可以通过采用干式法的涂覆工艺(例如等离子喷涂、电化学沉积、喷溅、离子束扫描、离子喷射等)或采用湿法的涂覆工艺(例如流延成型(tapecasting)、喷涂、浸渍涂布(dip coating)、丝网印刷 (screen printing)、刮片(doctor blade)等)并且随后在 1300°C至 1500°C下烧结而形成。其中，电解质113通过采用氧化钇稳定氧化锆(yttria stabilized zirconia)、钪稳定氧化锆(Scandium Stabilized Zirconia) (ScSZ)、GDC(如 Ceci 8Gdtl 2O195 等)或 LDC(如IA1. Jea55Ou75等)即之类的材料形成。就氧化钇稳定氧化锆而言，四价锆离子中的一些被三价钇离子代替。从而，在氧化钇稳定氧化锆内每两个钇离子形成一个氧离子空穴，因此， 氧离子在高温下能够移动穿过该氧离子空穴。在电解质113内，离子电导性微弱，因而因电阻极化而产生的电压降微小。因此，如果可能的话，优选地稀薄地形成电解质113。同时，电解质113内形成的微孔形成燃料(氢气)与空气(氧气)直接反应的跨接(cross-over) 现象。这会使得效率下降，因此，应当注意防止该缺陷的产生。阴极115从外部接收空气(氧气)而在该阴极内形成氧化环境，以通过电极反应形成正电流。阴极115层叠并形成在电解质113的外周面上。其中，阴极115可以通过采用与电解质113相似的干式法或湿法涂覆具有高电子电导性的镧锶亚锰酸盐((I^a84Srai6) MnO3)等并且随后在1200°C至1300°C下烧结而形成。同时，在阴极115上，空气(氧气)通过镧锶亚锰酸盐的催化反应而转变为氧离子，然后氧离子通过电解质113输送到阳极支撑件 111。此外，根据本发明优选实施方式的固体氧化物燃料电池还包括连接件130，每个连接件130将产生的负电流从阳极支撑件111传输到单元电池110的外部。其中，连接件130 为阳极支撑件111的集电件，因此，其当然需要具有电导性。为了形成连接件130，首先，将阴极115的外周面突出到金属泡沫连接板120之外的一部分和电解质113的外周面突出到金属泡沫连接板120之外的一部分去除，以暴露出阳极支撑件111的外周面的一部分116。 然后，将连接件130布置在阳极支撑件111的外周面的暴露部分116上。其中，连接件130 需要突出到容纳有单元电池110的金属泡沫连接板120的一个表面之外，从而使得连接件 130能够连接到另一个金属泡沫连接板的另一表面上。有关该点将在下文详细描述。同时， 连接件130电连接于阳极支撑件111。从而，当连接件130与阴极115接触时会产生诸如短路之类的缺陷。因此，优选地，连接件130与阴极115以预定间隔间隔开。金属泡沫连接板120所起的作用是收集单元电池110所产生的电能。金属泡沫连接板120形成为具有预定厚度Tl的板状。金属泡沫连接板120具有沟槽121，这些沟槽121 沿金属泡沫连接板120的厚度方向形成在该金属泡沫连接板120的一个表面上。单元电池 110分别容纳在所述沟槽121内。其中，金属泡沫连接板120因其电导性而能够收集并排的单元电池Iio所产生的电能。图3和图4中一个金属泡沫连接板120内容纳有三个单元电池110，但这仅是出于阐述目的。毫无疑问地，金属泡沫连接板120内可以容纳三个、多于三个或少于三个单元电池110。沟槽121的内壁形成为与单元电池110的外周面相对应的曲面，从而最大程度地增加金属泡沫连接板120与单元电池110之间的接触面积，由此最大程度地提高集电效率。此外，金属泡沫连接板120形成为具有多孔性。因而，尽管单元电池110容纳在金属泡沫连接板120的沟槽121内，空气(氧气)仍然能够有效地供给到阴极115，而不会存在任何问题。金属泡沫连接板120需要具有上述电导性和多孔性。因而， 金属泡沫连接板120优选地通过采用金属泡沫、板、金属纤维等形成。同时，根据本优选实施方式在固体氧化物燃料电池模块100的外部形成氧化环境。因此，优选地，金属泡沫连接板120上涂覆有防氧化层，以防止金属泡沫连接板120被氧化。如图3和图4所示，通过采用一个金属泡沫连接板120，能够实现对并排的多个单元电池110的电流收集。此外，如图5所示，当使用两个或多于两个的金属泡沫连接板120 时，金属泡沫连接板120和单元电池110可以交替层叠。当金属泡沫连接板120与单元电池110交替层叠时，每个金属泡沫连接板120的沟槽121选择性地分别仅与单元电池110 的阴极115接触，并且每个金属泡沫连接板120的另一表面选择性地仅与单元电池110的连接件130接触。因而，并排布置并容纳在一个金属泡沫连接板120内的单元电池110彼此并联，而垂直布置并容纳在不同金属泡沫连接板120内的单元电池110彼此串联。从而， 根据本优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块100能够通过调整待层叠的金属泡沫连接板120的数量而获得必要的电压。下面参照图5详细描述金属泡沫连接板120和单元电池110交替层叠的结构。金属泡沫连接板120包括第一金属泡沫连接板125和一个或多个第二金属泡沫连接板127，其中所述第一金属泡沫连接板125布置在最下部，所述一个或多个第二金属泡沫连接板127 布置在第一金属泡沫连接板125的上方。在第二金属泡沫连接板127的上方设有金属泡沫集电板128。金属泡沫集电板1 形成为具有预定厚度T2的板状。其中，形成在第二金属泡沫连接板127上表面上的沟槽121选择性地仅与阴极115接触，并且金属泡沫连接板127 的下表面123选择性地仅与连接件130接触。因为第一金属泡沫连接板125的下方并未布置单元电池110，因此仅形成在第一金属泡沫连接板125上表面上的沟槽121选择性地与阴极115接触。由于金属泡沫集电板1 的上方并未布置单元电池110，因此仅金属泡沫集电板128的下表面1 选择性地与连接件130接触，而且该金属泡沫集电板128的上表面未形成有沟槽121，这与第一金属泡沫连接板125相反。从而，第二金属泡沫连接板127将垂直布置的单元电池110串联连接。最终而言，第一金属泡沫连接板125能够收集正电流，金属泡沫集电板128能够收集负电流。同时，除了金属泡沫集电板128的上表面未形成沟槽 121之外，该金属泡沫集电板1 与第一金属泡沫连接板125和第二金属泡沫连接板127基本相同。相应地，金属泡沫集电板1 优选地具有电导性和多孔性。此外，金属泡沫集电板 128优选地涂覆有防氧化层，以使得金属泡沫集电板1 能够在氧化环境中避免被氧化。根据本优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块100采用金属泡沫连接板120来收集电流。因此，本优选实施方式与现有技术不同，不需要进行复杂的布线工艺，从而简化了制造过程，降低了制造成本。另外，本优选实施方式能够通过采用金属泡沫连接板120稳定地层叠多个单元电池110，并且由于金属泡沫连接板120的多孔性能够容易地将空气(氧气)供给到单元电池110。图6是根据本发明另一优选实施方式的单层固体氧化物燃料电池模块的立体图； 图7是沿图6的B-B’线剖切的固体氧化物燃料电池模块的剖面图；以及图8是图7所示的固体氧化物燃料电池模块层叠结构的剖面图。如图6至图8所示，根据本发明优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块200包括多个燃料电池110和金属泡沫连接板120。每个单元电池110通过在制成管状的阴极支撑件117的外周面上依次地层叠电解质113和阳极119而形成。金属泡沫连接板120形成为具有预定厚度的板状。该金属泡沫连接板120的一个表面上沿厚度方向形成有沟槽121， 以使得单元电池110分别容纳在这些沟槽121内。根据本优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块200与根据上述优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块100的主要区别在于阳极(阳极支撑件)和阴极(阴极支撑件)的形成位置。相应地，下面将基于该区别描述本优选实施方式。单元电池110是用于产生电能的基本单元，其由阴极支撑件117、电解质113和阳极119构成。以下将描述构成单元电池110的阴极支撑件117、电解质113和阳极119。阴极支撑件117所起的作用是支撑层叠在该阴极支撑件117外周面上的电解质 113和阳极119。因此，优选地，阴极支撑件117比电解质113和阳极119更厚，以确保支撑力。阴极支撑件117可以通过挤压工艺形成。此外，阴极支撑件117形成为管状，并接收来自于歧管的空气(氧气)，以通过电极反应产生正电流。其中，阴极支撑件117可以由具有高电导性的镧锶亚锰酸盐((L^84Srai6)MnO3)等形成。同时，在阴极支撑件117上，空气(氧气)通过镧锶亚锰酸盐的催化反应转变为氧离子，然后这些氧离子通过电解质113输送到阳极119。电解质113所起的作用是将阴极支撑件117上产生的氧离子输送到阳极119。电解质113层叠并形成在阴极支撑件117的外周面上。其中，电解质113可以通过采用干式法的涂覆工艺(例如等离子喷涂、电化学沉积、喷溅、离子束扫描、离子喷射等)或采用湿法的涂覆工艺(例如流延成型、喷涂、浸渍涂布、丝网印刷、刮片等)并且随后在1300°C 至1500°C下烧结而形成。其中，电解质113通过采用氧化钇稳定氧化锆、钪稳定氧化锆 (ScSZ)、⑶C(如等Cetl. Ada2O1.95等)或LDC(如Leiq. Aea55O1^5等)即之类的材料形成。就氧化钇稳定氧化锆而言，四价锆离子中的一些被三价钇离子代替。从而，在氧化钇稳定氧化锆内每两个钇离子形成一个氧离子空穴，因此，氧离子在高温下能够穿过该氧离子空穴移动。在电解质113内，离子电导性微弱，因而因阻抗极化而产生的电压降微小。因此，如果可能的话，优选地稀薄地形成电解质113。同时，电解质113内形成的微孔导致了空气(氧气)与燃料(氢气)直接反应的跨接现象。这会使得效率下降，因此，应当注意防止该缺陷的产生。阳极119接收来自与外部的燃料(氢气)而在该阳极内形成还原环境，以通过电极反应产生负电流。阳极119层叠并形成在电解质113的外周面上。其中，阳极119可以通过采用与电解质113相似的干式法或湿法涂覆工艺形成。此外，阳极119通过采用氧化镍(NiO)和氧化钇稳定氧化锆(YSZ)而形成。氧化镍通过氢气还原为金属镍而表现出电导性，氧化钇稳定氧化锆则表现出作为氧化物的离子电导性。其中，优选地，形成阳极支撑件 119的氧化镍和氧化钇稳定氧化锆的重量比例为例如50 50至40 60。另外，根据本优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块200还包括连接件130，每个连接件130将阴极支撑件130上产生的正电流输送到单元电池110的外部。其中，连接件130是阴极支撑件117的集电件，因此，毫无疑问地，连接件130需要具有电导性。为了形成连接件130，首先，将阳极119的外周面突出到金属泡沫连接板120之外的一部分和电解质113的外周面突出到金属泡沫连接板120之外的一部分去除，以暴露出阴极支撑件117 的外周面的一部分116。然后，将连接件130布置在阴极支撑件117的外周面的暴露部分 116上。其中，连接件130需要突出到容纳有单元电池110的金属泡沫连接板120的一个表面之外，从而使得连接件130能够连接到另一个金属泡沫连接板的另一表面上。有关该点将在下文详细描述。同时，连接件130电连接于阴极支撑件117。从而，当连接件130与阳极119接触时会产生诸如短路之类的缺陷。因此，优选地，连接件130与阳极119以预定间隔间隔开。金属泡沫连接板120所起的作用是收集单元电池110所产生的电能。金属泡沫连接板120形成为具有预定厚度Tl的板状。金属泡沫连接板120具有沟槽121，这些沟槽121沿金属泡沫连接板120的厚度方向形成在该金属泡沫连接板120的一个表面上。单元电池 110分别容纳在所述沟槽121内。其中，金属泡沫连接板120因其电导性而能够收集并排的单元电池Iio所产生的电能。图6和图7中一个金属泡沫连接板120内容纳有三个单元电池110，但这仅是出于阐述目的。毫无疑问地，金属泡沫连接板120内可以容纳三个、多于三个或少于三个单元电池110。沟槽121的内壁形成为与单元电池110的外周面相对应的曲面，从而最大程度地增加金属泡沫连接板120与单元电池110之间的接触面积，由此最大程度地提高集电效率。此外，金属泡沫连接板120形成为具有多孔性。因而，尽管单元电池110容纳在金属泡沫连接板120的沟槽121内，燃料(氢气)仍然能够有效地供给到阳极119，而不会存在任何问题。金属泡沫连接板120需要具有上述电导性和多孔性。因而， 金属泡沫连接板120优选地通过采用金属泡沫、板、金属纤维等形成。如图6和图7所示，通过采用一个金属泡沫连接板120，能够实现对并排的多个单元电池110的电流收集。此外，如图8所示，当使用两个或多于两个的金属泡沫连接板120 时，金属泡沫连接板120和单元电池110可以交替层叠。当金属泡沫连接板120与单元电池110交替层叠时，每个金属泡沫连接板20的沟槽121选择性地分别仅与单元电池110的阳极119接触，并且每个金属泡沫连接板120的另一表面选择性地仅与单元电池110的连接件130接触。因而，并排布置并容纳在一个金属泡沫连接板120内的单元电池110彼此并联，而垂直布置并容纳在不同金属泡沫连接板120内的单元电池110彼此串联。从而，根据本优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块200能够通过调整待层叠的金属泡沫连接板120的数量而获得必要的电压。下面参照图8详细描述金属泡沫连接板120和单元电池110交替层叠的结构。金属泡沫连接板120包括第一金属泡沫连接板125和一个或多个第二金属泡沫连接板127，其中所述第一金属泡沫连接板125布置在最下部，所述一个或多个金属泡沫连接板127布置在第一金属泡沫连接板125的上方。在第二金属泡沫连接板127的上方设有金属泡沫集电板128。金属泡沫集电板1 形成为具有预定厚度T2的板状。其中，形成在第二金属泡沫连接板127上表面上的沟槽121选择性地仅与阳极119接触，并且金属泡沫连接板127的下表面123选择性地仅与连接件130接触。因为第一金属泡沫连接板125的下方并未布置单元电池110，因此仅形成在第一金属泡沫连接板125上表面上的沟槽121选择性地与阳极 119接触。由于金属泡沫集电板128的上方并未布置单元电池110，这与第一金属泡沫连接板125相反，因此仅金属泡沫集电板128的下表面1 选择性地与连接件130接触，同时金属泡沫集电板1 的上表面未形成有沟槽121。从而，第二金属泡沫连接板127将垂直布置的单元电池110串联连接。最终而言，第一金属泡沫连接板125能够收集负电流，金属泡沫集电板128能够收集正电流。同时，除了金属泡沫集电板128的上表面未形成沟槽121之外，该金属泡沫集电板128与第一金属泡沫连接板125和第二金属泡沫连接板127基本相同。相应地，金属泡沫集电板1 优选地具有电导性和多孔性。根据本优选实施方式的固体氧化物燃料电池模块200采用金属泡沫连接板120来收集电流。因此，本优选实施方式与现有技术不同，不需要进行复杂的布线工艺，从而简化了制造过程，降低了制造成本。另外，本优选实施方式能够通过采用金属泡沫连接板120稳定地层叠多个单元电池110，并且由于金属泡沫连接板120的多孔性能够容易地将燃料(氢气)供给到单元电池110。
如上所述，本发明与现有技术不同，通过采用金属泡沫连接板以收集电流而不需要进行复杂的布线工艺，从而简化了制造过程，降低了制造成本。此外，本发明通过采用金属泡沫连接板而能够稳定地层叠多个单元电池，并且通过利用金属泡沫连接板的多孔性能够容易地供应燃料或空气(氧气)。尽管出于阐述的目的公开了本发明的优选实施方式，但是这些优选实施方式仅用于具体说明本发明，因此根据本发明的固体氧化物燃料电池模块并不局限于此，相反，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离附随的权利要求所公开的本发明的范围和构思的前提下，可以对本发明进行多种改变、添加和替换。相应地，这种改变、添加和替换也应被理解为落入本发明的范围。
权利要求
1.固体氧化物燃料电池模块，该固体氧化物燃料电池模块包括多个单元电池，每个所述单元电池通过在形成为管状的阳极支撑件的外周面上依次地层叠电解质和阴极而形成；以及一个或多个金属泡沫连接板，每个所述金属泡沫连接板形成为具有预定厚度的板状， 所述金属泡沫连接板的一个表面上沿该金属泡沫连接板的厚度方向形成有沟槽，以使得所述单元电池分别容纳在所述沟槽内。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述阳极支撑件的所述外周面的一部分通过将所述电解质的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分和所述阴极的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分去除而沿该阳极支撑件的长度方向暴露，并且其中所述固体氧化物燃料电池模块还包括连接件，每个所述连接件设置在所述阳极支撑件的所述外周面的暴露部分上，以使得该连接件与所述阴极间隔开，并突出到容纳有所述单元电池的所述金属泡沫连接板的一个表面之外。
3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫连接板的数量是两个或多于两个，所述金属泡沫连接板和所述多个单元电池交替层叠，以使得每个所述沟槽选择性地与所述阴极接触，并且所述金属泡沫连接板的另一表面选择性地与所述连接件接触。
4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫连接板包括 第一金属泡沫连接板，该第一金属泡沫连接板布置在最下部，该第一金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阴极接触；以及一个或多个第二金属泡沫连接板，每个所述第二金属泡沫连接板布置在所述第一金属泡沫连接板上方，所述第二金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阴极接触，并且所述第二金属泡沫连接板的下表面选择性地与所述连接件接触，并且其中所述固体氧化物燃料电池模块还包括金属泡沫集电板，该金属泡沫集电板形成为具有预定厚度的板状，并且布置在所述第二金属泡沫连接板的上方，以使得所述金属泡沫集电板的下表面选择性地与所述连接件接触。
5.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述沟槽具有内壁，该内壁形成为与所述单元电池的外周面相对应。
6.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫连接板具有多孔性。
7.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫连接板涂覆有防氧化层。
8.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫集电板具有多孔性。
9.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫集电板涂覆有防氧化层。
10.固体氧化物燃料电池模块，该固体氧化物燃料电池模块包括多个单元电池，每个所述单元电池通过在形成为管状的阴极支撑件的外周面上依次地层叠电解质和阳极而形成；以及一个或多个金属泡沫连接板，每个所述金属泡沫连接板形成为具有预定厚度的板状， 所述金属泡沫连接板的一个表面上沿该金属泡沫连接板的厚度方向形成有沟槽，以使得所述单元电池分别容纳在所述沟槽内。
11.根据权利要求10所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述阴极支撑件的所述外周面的一部分通过将所述电解质的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分和所述阳极的外周面突出到所述金属泡沫连接板之外的一部分去除而沿该阴极支撑件的长度方向暴露，并且其中所述固体氧化物燃料电池模块还包括连接件，每个所述连接件设置在所述阴极支撑件的所述外周面的暴露部分上，以使得该连接件与所述阳极间隔开，并突出到容纳有所述单元电池的所述金属泡沫连接板的一个表面之外。
12.根据权利要求11所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫连接板的数量是两个或多于两个，所述金属泡沫连接板和所述多个单元电池交替层叠，以使得每个所述沟槽选择性地与所述阳极接触，并且所述金属泡沫连接板的另一表面选择性地与所述连接件接触。
13.根据权利要求12所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫连接板包括第一金属泡沫连接板，该第一金属泡沫连接板布置在最下部，该第一金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阳极接触；以及一个或多个第二金属泡沫连接板，每个所述第二金属泡沫连接板布置在所述第一金属泡沫连接板上方，所述第二金属泡沫连接板的上表面上形成的所述沟槽选择性地与所述阳极接触，所述第二金属泡沫连接板的下表面选择性地与所述连接件接触，并且其中所述固体氧化物燃料电池模块还包括金属泡沫集电板，该金属泡沫集电板形成为具有预定厚度的板状，并且布置在所述第二金属泡沫连接板的上方，以使得所述金属泡沫集电板的下表面选择性地与所述连接件接触。
14.根据权利要求10所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述沟槽具有内壁，该内壁形成为与所述单元电池的外周面相对应。
15.根据权利要求10所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫连接板具有多孔性。
16.根据权利要求13所述的固体氧化物燃料电池模块，其中，所述金属泡沫集电板具有多孔性。
全文摘要
本发明公开了一种固体氧化物燃料电池模块。根据本发明的固体氧化物燃料电池包括多个单元电池，每个单元电池通过在形成为管状的阳极支撑件的外周面上依次地层叠电解质和阴极而形成；以及一个或多个金属泡沫连接板，每个金属泡沫连接板形成为具有预定厚度的板状，该金属泡沫连接板的一个表面上沿厚度方向形成有沟槽，以使得所述单元电池分别容纳在所述沟槽内。本发明与现有技术不同，通过采用金属泡沫连接板以收集电流而不需要进行复杂的布线工艺，从而简化了制造过程，降低了制造成本。
文档编号H01M8/24GK102403524SQ201110267070
公开日2012年4月4日 申请日期2011年9月9日 优先权日2010年9月10日
发明者具本锡, 尹琮植, 张宰赫 申请人:三星电机株式会社