一种可集成式电堆的制作方法

本技术涉及燃料电池，特别是涉及一种可集成式电堆。

背景技术：

1、固体氧化物燃料电池(sofc)是一种将燃料中的化学能清洁高效地直接转化为电能的发电装置。为了获得所需的电压和功率，sofc发电系统中通常含有一个以上燃料电池单元，所述燃料电池单元间通过连接部件隔开，连接部件还起到电连接作用，经过多层叠加后就组成一个sofc电堆。sofc作为一种新型的绿色发电技术，其能量转换效率高、安全环保，但是sofc需要在较高的工作温度下运行，高温会降低sofc系统及电堆的使用寿命及工作效能，因此目前行业内的趋势是研发低温运行的sofc电堆。

2、参见图1，在sofc电堆中，气流分配歧管通常用于为电堆提供运行所需的反应气体，平板式sofc电堆的反应气体流道均为贯穿电堆的内部分配歧管，使用内部分配歧管的电堆，需要单独给电堆设计燃气和空气的管道，空气管路无法集成化，会增加系统设计的复杂性，会导致整个系统的重量加重、体积增大；另外在sofc电堆运行过程中，电堆所需的空气流量较大，空气在狭小的电堆内部流道流通时压力损失会随着流量的增大而增大，导致电堆的工作压力增大，从而影响电堆的封接材料的性能，降低电堆的使用寿命和运行稳定性，同时会增加系统空气的用电负荷，降低系统能效。

3、参见图2，对于使用内部分配歧管进行空气流通的sofc电堆，需要从下往上或从上往下供应空气，空气经过电堆的空气入口到达电堆的空气出口这段路程，其温度由于电堆的电化学反应的加热逐渐升高，会造成电堆进出口的温差较高，产生较大的应力，容易导致密封材料失效，并且空气封接区域大，会导致整个电堆的封接难度增加，不利于电堆的长期稳定运行。如图2所示，空气与燃气在电堆内部有各自的腔体，彼此独立，互相密封。

4、参见图3，目前的sofc电堆结构可以分为两种：电解质支撑结构和阳极支撑结构。阳极支撑结构的sofc电堆具有较薄的电解质隔膜，相对于电解质支撑结构，可以降低电解质厚度造成的欧姆损失，使操作温度更低。相对于阳极支撑结构的电堆，电解质支撑的电堆对电池电解质层的力学性能要求更高，因此需要增加电解质层的厚度来增强电池片的刚性，否则在运行过程中容易发生应力集中、断裂失效等一系列问题。但更厚的电解质层同样带来一些问题，厚度的增加会使电池的欧姆损耗增加，使其工作温度比阳极支撑电堆更高，而工作温度高会使得电堆材料更容易失效。如图3所示，电解质支撑结构的电堆的电池片面积基本上与连接体的面积相等。由于电解质支撑结构的电堆工作温度较高，因此该型电堆对密封材料要求更高，对连接体的材料及机械性能要求也更加苛刻，更高的工作温度也意味着更高的系统设计难度。

5、因此研发低温运行的sofc电堆，首选就是采用阳极支撑结构的电堆。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是：提供一种可集成式电堆，提高了电堆的可靠性和可集成性，极大地降低了电堆集成的设计难度，提高了系统集成的体积功率比。

2、为了实现上述目的，本实用新型提供了一种可集成式电堆，包括堆体，所述堆体包括多个间隔堆叠的连接体，相邻的所述连接体之间设有电池片和密封单元，连接体包括设有空气流道的阴极侧和设有燃气流道的阳极侧，所述阴极侧与所述电池片的阴极相对设置从而为单电池阴极提供阴极流道，所述阳极侧与所述电池片的阳极相对设置从而为单电池阳极提供阳极流道；所述连接体上分别设置有围绕所述阳极流道设置的第一边缘体以及绕所述阴极流道设置的第二边缘体；其中，

3、所述第一边缘体围成的区域内设置有用于提供燃气在所述阳极流道上流通并贯穿所述连接体的进气口和出气口；

4、所述第二边缘体内设置有将所述堆体的外部空间与所述阴极流道相流通的进气缺口和出气缺口，所述进气缺口为进气侧，所述出气缺口为出气侧；

5、相邻的两个所述连接体通过所述密封单元连接，所述密封单元包括盖板和用于密封所述阳极流道的密封框，所述盖板的一侧通过至少一部分所述密封框与其中一所述连接体配合连接，所述盖板的另一侧与另一所述连接体焊接，所述盖板设有流道通槽、第一通孔和第二通孔，所述电池片与所述流道通槽相对应设置、并且所述电池片通过部分所述密封框与所述盖板连接，所述电池片沿第一方向的两个相对面分别与所述阴极流道的流道凸条和所述阳极流道的流道凸条相抵接，其中第一方向为相邻所述连接体的堆叠方向；

6、所述阴极侧设有连接密封凸台，所述进气口和所述出气口的外周分别环绕有所述连接密封凸台，所述进气口通过所述连接密封凸台与所述第一通孔连通，所述出气口通过所述连接密封凸台与所述第二通孔连通。

7、本实用新型实施例一种可集成式电堆与现有技术相比，其有益效果在于：可集成式电堆提高了电堆的可靠性和可集成性，极大地降低了电堆集成的设计难度，提高了系统集成的体积功率比；同时，有效解决阴极内部通气型电堆的温差过大等问题，让大量稳定的空气均匀地流过每一层连接体的阴极侧，有效解决了温差过大造成的密封材料失效、燃料利用率降低等问题，十分适合多电堆集成；通过连接体与盖板焊接，从而减少了密封材料的使用，有效缓解了密封材料的失效问题。

8、本实用新型实施例的可集成式电堆，所述盖板的一侧通过至少一部分所述密封框与其中一所述连接体的阳极侧配合连接，所述盖板的另一侧与另一所述连接体的阴极侧焊接。

9、本实用新型实施例的可集成式电堆，所述盖板的另一侧仅与另一所述连接体的连接密封凸台焊接，具体为：所述盖板朝向所述连接密封凸台的一侧设有第一密封面，所述连接密封凸台朝向所述盖板的一侧设有凸台焊接面，所述第一密封面与所述凸台焊接面焊接。

10、本实用新型实施例的可集成式电堆，所述连接密封凸台呈环形，所述第一通孔或/和所述第二通孔的直径为d1，所述连接密封凸台的外径为d2，d1＜d2。

11、本实用新型实施例的可集成式电堆，所述连接密封凸台的高度为h1，所述第二边缘体的高度为h2，h1＝h2。

12、本实用新型实施例的可集成式电堆，所述第二边缘体包括两个第二子边缘体，两个所述子边缘体之间形成有所述进气缺口和所述出气缺口，所述第二子边缘体包括依次连接的翼段、弯段以及平段，所述翼段与所述阴极流道方向平行，所述平段与所述阴极流道方向垂直，所述弯段连接所述翼段和所述平段。

13、本实用新型实施例的可集成式电堆，所述密封框包括密封外框和密封内框，所述密封外框沿着所述第一边缘体设置，所述盖板的一侧通过所述密封外框与其中一所述连接体的所述第一边缘体密封连接，所述密封内框环绕所述流道通槽设置，所述盖板的另一侧与另一所述连接体焊接，所述电池片通过所述密封内框与盖板连接。

14、本实用新型实施例的可集成式电堆，所述盖板的一侧通过至少一部分所述密封框与其中一所述连接体的阴极侧配合连接，所述盖板的另一侧与另一所述连接体的所述第一边缘体之间通过焊接形成刚性焊接密封层。

15、本实用新型实施例的可集成式电堆，所述密封框包括密封凸台圈、密封外框、密封内框和压条，所述第一通孔和所述第二通孔通过所述密封凸台圈与所述连接密封凸台密封连接，所述盖板的一侧通过所述密封外框与其中一所述连接体的阴极侧配合连接；所述密封内框环绕所述电池片的边缘设置，所述密封内框通过所述压条与所述密封外框连接。

16、本实用新型实施例的可集成式电堆，所述压条沿垂直于所述阴极流道的气体流动方向延伸，所述第二边缘体设有相对设置的第一凹槽和第二凹槽，所述压条的两端分别连接于所述第一凹槽和所述第二凹槽；所述密封外框包含密封边框和密封连接条，所述密封连接条两端分别与相分离的两个所述密封边框连接；所述密封边框沿着所述第二边缘体设置，所述密封连接条沿着所述压条设置，所述盖板的一侧通过所述密封边框与所述第二边缘体配合连接，所述盖板的一侧通过所述密封连接条与所述压条配合连接；所述密封内框通过所述压条与所述密封连接条连接。

17、本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。