用于绕过燃料电池的系统及方法_3

文档序号:8463208阅读:来源:国知局
及绕过燃料电池堆叠中的燃料电池的实施例方法500。可在步骤502中将燃料电池堆叠中的一或多个燃料电池识别为将绕过。有缺陷燃料电池可充当大电压降,且因此其对于识别及绕过有缺陷燃料电池可是有利的。举例来说,可将已出故障或表现不佳(例如,燃料电池不产生充足的电压、已破裂或不满足任何其它标准)或者被怀疑出故障或表现不佳的燃料电池识别为将绕过。可用各种传感器装置(例如电压或压力探头)来监视燃料电池及燃料电池堆叠,以确定燃料电池是否出故障或表现不佳。
[0049]可在步骤504中制备用于跨接件的连接部位。如果燃料电池堆叠不需要制备那么此步骤可是任选的。如果燃料电池堆叠的确需要制备,那么可制备跨接件连接部位,例如通过从堆叠的侧移除材料。举例来说,可从燃料电池堆叠的侧移除铂、镍、铬镍铁合金或亚锰酸镧锶(LSM)。移除材料可提供互连件9与跨接件202之间的最佳接触且促进将跨接件焊接或点焊到裸金属基材料。步骤504中的制备也可是必需的或促进到达阴极气流通路208。
[0050]可在步骤506中将阴极气流通路208密封。举例来说,可将密封材料418应用到与在步骤502中识别的燃料电池对应的阴极气流通路208的入口及/或出口。在任选步骤508中,可移除来自步骤506的任何过量密封材料且可再次制备用于跨接件202的部位。
[0051]在步骤510中,可将跨接件202焊接(例如点焊)到燃料电池堆叠。可将跨接件202焊接到两个互连件9 (例如图4中所展示)且在电学上绕过在步骤502中识别的燃料电池I。在替代实施例中,可将阳极入口及/或出口密封,或者可将阳极及阴极入口及/或出口两者密封。
[0052]其它实施例可将阴极入口及/或出口密封且用相同结构绕过燃料电池。图6图解说明具有包括阴极电极3、电解质5及阳极电极7的燃料电池I的燃料电池堆叠600的透视横截面图。从不同于在图2A、图2B及图4中的角度展示燃料电池堆叠600。而是,阴极气流通路208左右伸展且可在横截面图中看到阳极气流通路608。燃料电池I通过具有可将空气提供到对应阴极电极3的阴极气流通路208的互连件9串联连接。密封跨接件602可将阴极入口 652及阴极出口 654密封且还电连接互连件9g、9h,借此绕过燃料电池le。
[0053]根据其它实施例的系统可包含一或多个列,其中的每一者可含有多个燃料电池堆叠(例如,SOFC堆叠)。在各种实施例中,可以经配置以绕过列中的一或多个完整燃料电池堆叠的低电阻跨接件来修改燃料电池堆叠列。可由此些跨接件电连接以避免一或多个燃料电池堆叠的结构可基于列的配置而变化。
[0054]图7A图解说明含有多个燃料电池堆叠(例如堆叠702a、702b)的实例性列700,所述燃料电池堆叠中的每一者可包括多个燃料电池704 (例如,二十五个燃料电池)。在此系统中,一或多个陶瓷侧挡板706可位于列700的相反两侧上以便将阴极馈电引导到阴极流动路径中,以填充邻近堆叠之间的空间,且将压缩负载置于燃料电池堆叠702上。侧挡板706还可将列700中的燃料电池堆叠与系统中的金属组件电隔离。燃料电池堆叠上的负载可由任何一或多个负载源提供,例如系统的底座、列下面的块及/或列上面的弹簧组合件。
[0055]还在列700中,陶瓷侧挡板706可由一或多个联锁挡板构造,所述一或多个联锁挡板可由例如氧化铝或氧化铝纤维/氧化铝基质CMC等材料制作。在一些实施例中,板形陶瓷插入件708可将挡板连接到列下面的块及/或列上面的弹簧组合件及/或可将挡板彼此连接(如果存在多个板),以形成侧挡板706。插入件708可装配到挡板中的对应圆形或类圆形切口中以增加挡板706的总体强度及/或减小挡板之间的接触点处的应力。在一些实施例中,插入件708可由绝缘体材料制作。
[0056]列700中的燃料电池堆叠702 (举例来说,堆叠702a、702b)可各自含有用以将堆叠702串联连接的导电端板710 (例如,一个堆叠的端板电连接到下一堆叠的端板,或在邻近堆叠之间共享一个端板)。此外,可在邻近燃料电池堆叠之间提供一或多个燃料分配歧管712。端板可通过放置为物理接触而彼此直接或(例如)通过位于端板之间的导电燃料歧管而彼此间接电连接。
[0057]在实施例中,跨接件714a可形成于列700的侧上,例如在形成侧挡板706的挡板之间以绕过有缺陷堆叠。在另一实施例中,可在形成列700的相对侧上的侧挡板706的挡板之间形成两个跨接件714a。以此方式,至少一个跨接件714a电连接非邻近燃料电池堆叠的端板以绕过燃料电池堆叠702a。在另一实施例中,可在列700的前部及/或后部中形成至少一个跨接件714b以连接位于燃料一或多个有缺陷电池堆叠702b上面及下面的燃料电池堆叠的端板的暴露边缘。
[0058]图7B图解说明燃料电池系统中的另一实例性列750。类似于列700,列750可含有多个燃料电池堆叠(例如,堆叠702c到702f),其中的每一者可含有多个燃料电池(例如,10到100个,例如每堆叠25到50个燃料电池)。在实施例中,可通过电连接存在于所述列中在不同邻近堆叠对之间的燃料分配歧管712a、712b来形成一或多个跨接件。举例来说,可通过连接燃料分配歧管712a(即,在底部表现不佳的堆叠702c与邻近堆叠702d之间)与燃料分配歧管712b(即,在顶部表现不佳的堆叠702e与邻近堆叠702f之间)之间的跨接件来绕过一或多个有缺陷燃料电池堆叠,例如两个或两个以上表现不佳或出故障的邻近燃料电池堆叠,例如堆叠702c、702e。在实施例中,燃料分配歧管712a、712b可具有凸出到列750的侧的部分,且可在列750的侧或相对侧上的燃料配送歧管712a、712b的凸出部分之间形成一个或两个跨接件714c。
[0059]在另一实施例中,可形成至少一个跨接件714d以连接列750的前部及/或后部中的导电燃料分配歧管712a、712b的暴露边缘。各种实施例可实施至少一个跨接件714c及至少一个跨接件714d的组合。
[0060]虽然图7A及7B中的跨接件配置图解说明经展示为分别绕过一个及两个燃料电池堆叠,但所属领域的技术人员将了解可基于列的特定配置而实施任何此些跨接件以绕过一个或多个邻近燃料电池堆叠。此外,使用例如“顶部”及“底部”等术语来描述图7A及7B中的实施例应被视为相对于燃料电池堆叠列的定向而指向,而非绝对方向。举例来说,如应用于水平燃料电池堆叠列,术语“顶部”及“底部”可被视为等效于绝对方向“左”及“右”(或反之亦然)。
[0061]图8图解说明用于密封气流通路208及绕过具有相同结构的燃料电池的实施例方法800。在步骤802中可将燃料电池堆叠中的一或多个燃料电池识别为将绕过。举例来说,可将已出故障或表现不佳(例如,燃料电池不产生充足的电压、已破裂或不满足任何其它标准)或者被怀疑出故障或表现不佳的燃料电池识别为欲绕过。可用各种传感器装置(例如电压、电流或压力探头)来监视燃料电池及燃料电池堆叠,以确定燃料电池是否出故障或表现不佳。
[0062]可在步骤804中制备用于应用导电密封材料以形成密封跨接件602的部位。如果燃料电池堆叠不需要制备那么此步骤可是任选的。如果燃料电池堆叠的确需要制备,那么可制备跨接件连接部位,例如通过从堆叠的侧移除材料。举例来说,可从燃料电池堆叠的侧移除铂、镍、铬镍铁合金或亚锰酸镧锶(LSM)。
[0063]在步骤806中,可将导电密封材料应用到燃料电池堆叠使得所述导电密封材料将经识别燃料电池的阴极入口或出口密封且使得所述导电密封材料在电学上绕过经识别燃料电池。所述导电密封材料可形成密封跨接件602。可以各种方式执行导电密封材料的应用。举例来说,可将导电密封材料等离子喷涂于燃料电池堆叠上以连接燃料电池堆叠的第一互连
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