CN118553973A - 内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体及电堆系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体及电堆系统，涉及电池技术领域。该连接体包括：连接体本体设置有贯穿阳极互联结构的多个第一歧管开口，各第一歧管开口分别与歧管连接；阳极互联结构包括至少一个第一通道，第一通道被配置为燃料流通通道，至少一个第一歧管开口为燃料入口，至少一个第一歧管开口为燃料出口，燃料入口与燃料出口相对设置；燃料入口包括至少两个第一子入口，多个第一子入口的轴线由第一点向远离燃料入口的方向辐射，相邻两个第一子入口之间设置有第一阻挡件，第一阻挡件由第一点向远离燃料入口的方向辐射。本公开提供的连接体至少一定程度上可以均匀燃料的气体流场，提高电池温度分布均匀性。
Description
技术领域
本公开涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体及电堆系统。
背景技术
燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能直接转换为电能的电化学装置，与传统的燃烧发电方式不同，燃料电池通过电化学反应产生电能，而不是通过燃烧过程，这种转换过程具有高效、清洁等特点，且产生的副产品主要是水，因此，其是一种环保的能源技术，被认为是解决未来能源问题的重要解决方案之一。
固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）作为一种燃料电池，由于其工作过程不受卡诺循环的限制，具有转化率高、燃料适用范围广泛等特点，而具有广泛的应用前景。电池内部的流体（燃料和氧化剂）的分布均匀性是影响SOFC整体输出性能的重要因素，目前，为了提升流体分布的均匀性，通常可采用改变流道形状和分布位置以实现流体的分布，但此种结构仍然不能满足电池流体均匀性改善要求，进而导致电池电流密度分布不均匀，电池输出性能较差。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
有鉴于此，提供了一种内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体及电堆系统，该连接体通过在燃料入口处设置多个第一子入口，且第一子入口呈辐射方向设置，可以改善流体分配均匀性，提高电流密度的均匀性，进而提升电池的输出性能。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
根据本公开的一个方面，提供了一种内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体，该连接体包括：
连接体本体，所述连接体本体包括阳极互联结构，所述连接体本体设置有贯穿所述阳极互联结构的多个第一歧管开口，各所述第一歧管开口分别与歧管连接，所述第一歧管开口用于输送燃料；
所述阳极互联结构包括至少一个第一通道，所述第一通道被配置为燃料流通通道，至少一个所述第一歧管开口为燃料入口，至少一个所述第一歧管开口为燃料出口，所述燃料入口与所述燃料出口相对设置；
其中，所述燃料入口包括至少两个第一子入口，多个所述第一子入口的轴线由第一点向远离所述燃料入口的方向辐射，相邻两个所述第一子入口之间设置有第一阻挡件，所述第一阻挡件由所述第一点向远离所述燃料入口的方向辐射，所述第一点为所述燃料入口上的一点。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一阻挡件的数量为1~5个，各所述第一阻挡件为扇形结构，各所述第一阻挡件均匀分布于所述燃料入口处；
各所述第一阻挡件凸出于所述连接体本体的表面，且各所述第一阻挡件凸出于所述连接体本体表面的高度相同。
在本公开的一种示例性实施例中，所述阳极互联结构还包括至少一个第一子通道，所述第一子通道垂直于所述第一通道设置，所述第一子通道用于在垂直于所述第一通道的方向上连通多个所述第一通道。
在本公开的一种示例性实施例中，所述燃料出口与所述燃料入口的结构相同。
在本公开的一种示例性实施例中，所述连接体本体还包括与所述阳极互联结构相连的阴极互联结构，所述连接体本体设置有贯穿所述阴极互联结构的多个第二歧管开口，各所述第二歧管开口分别与所述歧管连接，所述第二歧管开口用于输送助燃剂；
所述阴极互联结构包括至少一个第二通道，所述第二通道被配置为助燃剂流通通道，至少一个所述第二歧管开口为助燃剂入口，所述阴极互联结构还包括助燃剂出口，所述助燃剂入口与所述助燃剂出口相对设置；
其中，所述助燃剂入口包括至少两个第二子入口，多个所述第二子入口的轴线由第二点向远离所述助燃剂入口的方向辐射，相邻两个所述第二子入口之间设置有第二阻挡件，所述第二阻挡件由所述第二点向远离所述助燃剂入口的方向辐射，所述第二点为所述助燃剂入口上的一点；
所述第二阻挡件与所述第一阻挡件的结构相同。
在本公开的一种示例性实施例中，所述助燃剂出口的数量为2~6个，且所述助燃剂出口间隔分布于所述阴极互联结构的端部。
在本公开的一种示例性实施例中，所述阴极互联结构还包括至少一个第二子通道，所述第二子通道垂直于所述第二通道设置，所述第二子通道用于在垂直于所述第二通道的方向上连通多个所述第二通道。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一通道与所述第二通道在所述连接体本体的横截面上的正投影相互平行或相互垂直；
其中，所述第一通道和所述第二通道均为平行通道，相邻所述第一通道和相邻所述第二通道均通过流道壁间隔设置，各所述第一通道和各所述第二通道的流道宽度与所述流道壁的壁厚之间的比例为4:5~1:2，且各所述第一通道和各所述第二通道的流道宽度与所述流道壁的长度之间的比例为15:1~20:1。
在本公开的一种示例性实施例中，所述连接体本体还包括集流层，所述集流层覆盖所述连接体本体的表面上，所述集流层采用网状结构，所述集流层的总面积为所述连接体本体的总面积的0.35~0.5。
根据本公开的另一个方面，提供了一种电堆系统，该系统包括：
多个固体氧化物燃料电池；
其中，各所述固体氧化物燃料电池至少安装有上述连接体，所述连接体用于为至少两个相连的所述电池提供电互联。
本公开提供的内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体，该连接体通过在阳极互联结构的燃料入口处设置多个第一子入口，多个第一子入口的轴向由第一点向远离燃料入口的方向辐射，且相邻的两个第一子入口之间设置有第一阻挡件阻隔，使得通过燃料入口进入第一通道的流体先经过第一子入口的分流，使得燃料可沿多个方向分流后，进入多个第一通道内，提高多个第一通道内的燃料流场分布均匀性，克服了由于燃料分布不均匀导致的电池温度不均问题，有效提高了电池的热控能力，提高了电池的性能。
本公开提供的电堆系统，应用上述连接体，使得燃料在系统内部流场分布均匀，系统的热控性能强，系统整体电性能较好。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开示例性实施例中的一种内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体的立体结构示意图。
图2为本公开示例性实施例中的一种内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体的阳极互联结构的结构示意图。
图3为本公开示例性实施例中的一种内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体的阴极互联结构的结构示意图。
图4为本公开示例性实施例中的一种内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体的集流层的结构示意图。
图5为本公开示例性实施例中的一种内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体的流道壁的结构示意图。
图6为本公开示例性实施例中的一种电堆系统的爆炸图。
图7为本公开示例性实施例中的一种电堆系统的I-V及功率曲线示意图。
图8为本公开示例性实施例中的一种电堆系统的稳定性曲线示意图。
其中，附图标记说明如下：
10、连接体本体；20、电堆系统；100、阳极互联结构；101、燃料入口；102、燃料出口；110、第一通道；111、第一子通道；120、第一子入口；130、第一阻挡件；200、阴极互联结构；201、助燃剂入口；202、助燃剂出口；210、第二通道；211、第二子通道；220、第二子入口；230、第二阻挡件；300、集流层；400、绕流柱；500、连接孔；600、封接材料；700、流道壁。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
在相关技术中，燃料电池的主要组成部分包括电解质（electrolyte）、阳极（anode）、阴极（cathode）和连接体（interconnect）等，尤其是对固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）而言，其连接体作为电池的关键部件，承担着阴极和阳极的电连接、机械支撑、气体隔离、电池热管理等多种作用，其结构设计直接影响着电池的性能。
电池连接体的合理设计对于气体均匀进入电池内部起着良好的预分配效果，有利于减小各流道之间的流量分布差异。目前，常通过增加歧管进出口的数量或改变歧管的设置位置以提升连接体内部流场的均匀性。但由于歧管数量的增多往往带来电池的结构冗余，连接体与电池电极之间的接触会受到影响，从而使得单体电池的功率大大减小。
基于此，本公开实施方式提供了一种内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体，如图1所示，该连接体包括：连接体本体10。
其中，连接体本体10包括阳极互联结构100，连接体本体10设置有贯穿阳极互联结构100的多个第一歧管开口，各第一歧管开口分别与歧管连接，第一歧管开口用于输送燃料；阳极互联结构100包括至少一个第一通道110，第一通道110被配置为燃料流通通道，至少一个第一歧管开口为燃料入口101，至少一个第一歧管开口为燃料出口102，燃料入口101与燃料出口102相对设置；其中，燃料入口101包括至少两个第一子入口120，多个第一子入口120的轴线由第一点向远离燃料入口101的方向辐射，相邻两个第一子入口120之间设置有第一阻挡件130，第一阻挡件130由第一点向远离燃料入口101的方向辐射，第一点为燃料入口101上的一点。
本公开提供的内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体，该连接体通过在阳极互联结构100的燃料入口101处设置多个第一子入口120，多个第一子入口120的轴向由第一点向远离燃料入口101的方向辐射，且相邻的两个第一子入口120之间设置有第一阻挡件130阻隔，使得通过燃料入口101进入第一通道110的流体先经过第一子入口120的分流，使得燃料可沿多个方向分流后，改变了燃料的流通方向和流速，进入多个第一通道110内，提高多个第一通道110内的燃料流场分布均匀性，克服了由于燃料分布不均匀导致的电池温度不均问题，有效提高了电池的热控能力，提高了电池的性能。
下面将结合附图对本公开实施例提供的连接体的各个部分进行详细说明：
在本公开提供的实施例中，连接体可以包括相连的阳极互联结构100和阴极互联结构200。由于本公开的电池为内置歧管式结构，因此，在阳极互联结构100和阴极互联结构200还可以设置歧管板和分离器等结构。
其中，歧管板可以包括燃料歧管入口、燃料歧管出口和助燃剂歧管入口、助燃剂歧管出口，燃料歧管入口与阳极互联结构100的燃料入口101连通，以将燃料通入至阳极互联结构100内，助燃剂歧管入口与阴极互联结构200的助燃剂入口201连通，以将助燃剂通入至阴极互联结构200内。
其中，分离器可以设置于阳极互联结构100与歧管板之间，或分离器可以设置于阴极互联结构200与歧管板之间，分离器用于分隔燃料和助燃剂，但并不改变燃料和助燃剂的流通方向。当然，本公开提供的连接体可仅由阳极互联结构100与阴极互联结构200构成，且两者可以一体成型为连接体。
本公开实施例所提供的连接体本体10的表面指的是连接体的外表面，即组合成型后的连接体的表面，也可以理解为阳极互联结构100和阳极互联结构100背离连接体内部的表面。
在本公开提供的实施例中，如图2所示，结合图1，连接体本体10设置有贯穿阳极互联结构100的多个第一歧管开口，各第一歧管开口分别与歧管连接，第一歧管开口用于输送燃料。至少一个第一歧管开口为燃料入口101，至少一个第一歧管开口为燃料出口102，燃料入口101与燃料出口102相对设置。阳极互联结构100包括至少一个第一通道110，第一通道110被配置为燃料流通通道，燃料通过燃料入口101进入第一通道110后，由燃料出口102排出。
如图3所示，结合图1，连接体本体10设置有贯穿阴极互联结构200的多个第二歧管开口，各第二歧管开口分别与歧管连接，第二歧管开口用于输送助燃剂；至少一个第二歧管开口为助燃剂入口201，阴极互联结构200还包括助燃剂出口202，助燃剂入口201与助燃剂出口202相对设置。阴极互联结构200包括至少一个第二通道210，第二通道210被配置为助燃剂流通通道，助燃剂通过助燃剂入口201进入第二通道210后，由助燃剂出口202排出。
其中，燃料剂入口和助燃剂入口201、燃料剂出口和助燃剂出口202可分别位于连接体本体10不同的端部上，且四者分别沿垂直于连接体本体10轴线的方向设置，以使燃料和助燃剂分别从不同的方向流入和流出连接体。
在本公开提供的实施例中，如图2所示，结合图1，燃料入口101包括至少两个第一子入口120，多个第一子入口120的轴线由第一点向远离燃料入口101的方向辐射，相邻两个第一子入口120之间设置有第一阻挡件130，第一阻挡件130由第一点向远离燃料入口101的方向辐射，第一点为燃料入口101上的一点。
在燃料入口101处可设置至少一个第一阻挡件130，第一阻挡件130可将从燃料入口101处输出的气体进行分流，避免燃料聚集在一条通道范围内，尤其是对于处于连接体本体10端部位置上的第一通道110，由于燃料的聚集性，燃料无法通过上述位置上的第一通道110，导致燃料分布不均，导致电池温度场分布不均，降低了电池的使用寿命和性能。
其中，第一阻挡件130的数量为多个，各第一阻挡件130可以为扇形结构，各第一阻挡件130均匀分布于燃料入口101处。例如，第一阻挡件130为两个时，第一阻挡件130可以将燃料入口101划分为三个第一子入口120，通过第一子入口120的燃料相当于形成三个气体来源，如图2所示，三个气源分别将燃料沿两端和中间的方向输送，在根据气体的扩散性，均匀了燃料在各第一通道110内的分布。
在一些实施例中，第一阻挡件130呈扇形时，多个第一阻挡件130可以均匀的分布在燃料入口101处，所形成的第一子入口120可以是两侧壁呈平行设置的平行通道；多个第一阻挡件130也可以呈非均匀分布，所形成的第一子入口120可以是两侧壁在沿远离燃料入口101方向上呈渐括式或渐缩式，类似于喇叭形状。另外，第一阻挡件130的外侧壁也可以是呈曲面形状，此时第一子入口120的两侧壁可以是由曲面构成，应该理解的是，无论是第一子入口120的侧壁形状为曲面还是直面，均可达到分流的目的，但在第一子入口120的侧壁为直面时，更加有利于燃料的气流均匀性。
在一些实施例中，过多的第一子入口120会减弱其对燃料的分流作用，过少的第一子入口120会导致其对燃料的分流方向较为单一，因此，为了获取阳极连接结构内均匀的燃料气体流场，使得燃料可以均匀在多个第一通道110内流通，第一子入口120的数量可以为2~6个，即此时的第一阻挡件130的数量为1~5个。具体的，第一阻挡件为1个时，第一子入口为2个；或第一阻挡件为2个时，第一子入口为3个；或第一阻挡件为3个时，第一子入口为4个；或第一阻挡件为4个时，第一子入口为5个；或第一阻挡件为5个时，第一子入口为6个，保证了燃料在阳极连接结构内的分布均匀性，更有利于电池的热控制。
在一些实施例中，为了克服燃料在燃料入口101处发生泄露或损失的问题，各第一阻挡件130可以凸出于连接体本体10的表面，且各第一阻挡件130凸出于连接体本体10表面的高度相同，燃料可以在多个第一阻挡件130之间进行流动，既保证了第一阻挡件130对燃料的分流作用，又可以防止燃料由第一阻挡件130的顶端泄露。进一步的，各第一阻挡件130凸出于连接体本体10表面的高度可以与各第一通道110的流道壁700凸出于连接体本体10表面的高度相同，进一步防止燃料发生泄漏，且便于阳极连接结构的制造，简化制备工艺。
在一些实施例中，如图2所示，结合图1，阳极互联结构100还包括至少一个第一子通道111，第一子通道111垂直于第一通道110设置，第一子通道111用于在垂直于第一通道110的方向上连通多个第一通道110，第一子通道111可以进一步的分散燃料，用于与第一通道110组合使用后，燃料可以更均匀的分布于阳极连接结构内，避免了由于流速和压力等因素的影响，燃料在某个或某些位置产生堆积或阻碍燃料流通，妨碍燃料的流场均匀性。
在一些实施例中，如图2所示，结合图1，在阳极互联结构100的端部还可以设置多个绕流柱400，多个绕流柱400可以分布于燃料入口101的两侧，其可以改变由第一子入口120流出的燃料的气流方向，以使得燃料向第一通道110的方向流动，尤其是向位于阳极互联结构100端部的第一通道110内流通，改善燃料无法流入阳极互联结构100端部的第一通道110的现象，进一步均匀气流。
其中，为了保证燃气绕流的方向和速度以及均匀性，绕流柱400位于燃料入口101的两侧的数量和分布结构可以相同。绕流柱400的具体数量和分布结构可以根据具体的设计需求选择以及做适应性调整。绕流柱400的凸出于连接体本体10表面的高度可以与第一通道110的流道壁700的高度相同，或绕流柱400的凸出于连接体本体10表面的高度可以低于第一通道110的流道壁700的高度，进一步的，为了保证绕流柱400的绕流效果，可以使得两者的高度相等。
同样的，在燃料出口102的两侧也可以设置多个绕流柱400，燃料出口102两侧的绕流柱400与燃料入口101两侧的绕流柱400的结构和位置可以相同或者大致相同，此处不再复述。
在本公开中，阳极互联结构100的燃料出口102可以采用相关技术中的出口设计，但为了分散燃料的出气气流，燃料出口102可采用与燃料入口101相同或大致相同的设计结构，以使得出口处的燃料气体更加均匀，有利于提高电池的使用寿命。
阳极互联结构100上设置的第一歧管开口数量可以为多个，其中，在第一歧管开口数量为两个时，一个第一歧管开口为燃料入口101，另一个第一歧管开口为燃料出口102；在第一歧管开口的数量大于两个时，燃料入口101和燃料出口102的数量可以根据结构的实际设计需求进行调整。进一步的，为了避免出现多个燃料入口101或者多个燃料出口102之间发生气流干扰现象，影响气流分布的均匀性，通常采用一个燃料入口101和一个燃料出口102的设计，且燃料入口101与燃料出口102分别位于阳极互联结构100相对的两端部，燃料入口101与燃料出口102可正对设置。
在本公开提供的实施例中，如图3所示，助燃剂入口201包括至少两个第二子入口220，多个第二入口的轴线由第二点向远离助燃剂入口201的方向辐射，相邻两个第二子入口220之间设置有第二阻挡件230，第二阻挡件230由第二点向远离助燃剂入口201的方向辐射，第二点为助燃剂入口201上的一点。
如图3所示，在助燃剂入口201处可设置至少一个第二阻挡件230，第二阻挡件230可将助燃剂入口201处输出的气体进行分流，避免助燃剂聚集为一条通道范围内，尤其是对于处于连接体本体10端部位置上的第二通道210，由于助燃剂的聚集性，助燃剂无法通过上述位置上的第二通道210，导致助燃剂分布不均，导致电池温度场分布不均，降低了电池的使用寿命和性能。
其中，第二阻挡件230的数量为多个，各第二阻挡件230可以为扇形结构，各第二阻挡件230均匀分布于助燃剂入口201处。例如，第二阻挡件230为两个时，第二阻挡件230可以将助燃剂入口201划分为三个第二子入口220，通过第二子入口220的助燃剂相当于形成三个气体来源，如图3所示，三个气源分别将助燃剂沿两端和中间的方向输送，在根据气体的扩散性，均匀了助燃剂在各第二通道210内的分布。
其中，第二阻挡件230呈扇形时，多个第二阻挡件230可以均匀的分布在助燃剂入口201处，所形成的第二子入口220可以是两侧壁呈平行设置的平行通道；多个第二阻挡件230也可以呈非均匀分布，所形成的第二子入口220可以是两侧壁在沿远离助燃剂入口201方向上呈渐括式或渐缩式，类似于喇叭形状。另外，第二阻挡件230的外侧壁也可以是呈曲面形状，此时第二子入口220的两侧壁可以是由曲面构成，应该理解的是，无论是第二子入口220的侧壁形状为曲面还是直面，均可达到分流的目的，但在第二子入口220的侧壁为直面时，更加有利于燃料的气流均匀性。
在一些实施例中，过多的第二子入口220会减弱其对助燃剂的分流作用，过少的第二子入口220会导致其对助燃剂的分流方向较为单一，因此，为了获取阴极连接结构内均匀的助燃剂气体流场，使得助燃剂可以均匀在多个第二通道210内流通，第二子入口220的数量也可以为2~6个，具体的，可以为2个、3个、4个、5个或6个，保证了助燃剂在阴极连接结构内的分布均匀性，更有利于电池的热控制。
在一些实施例中，为了克服助燃剂在助燃剂入口201处发生泄露或损失的问题，各第二阻挡件230可以凸出于连接体本体10的表面，且各第二阻挡件230凸出于连接体本体10表面的高度相同，助燃剂可以在多个第二阻挡件230之间进行流动，既保证了第二阻挡件230对助燃剂的分流作用，又可以防止助燃剂由第二阻挡件230的顶端泄露。进一步的，各第二阻挡件230凸出于连接体本体10表面的高度可以与各第二通道210的流道壁700凸出于连接体本体10表面的高度相同，进一步防止助燃剂发生泄漏，且便于阴极连接结构的制造，简化制备工艺。
为了更进一步的简化制备工艺，助燃剂入口201内的第二子入口220以及第二阻挡件230的数量和结构可以与燃料入口101内的第一子入口120以及第一阻挡件130相同或大致相同，但并不以此为限，助燃剂入口201和燃料入口101的结构可以存在差异。
在一些实施例中，如图3所示，阴极互联结构200还包括至少一个第二子通道211，第二子通道211垂直于第二通道210设置，第二子通道211用于在垂直于第二通道210的方向上连通多个第二通道210，第二子通道211可以进一步的分散助燃剂，用于与第二通道210组合使用后，助燃剂可以更均匀的分布于阴极连接结构内，避免了由于流速和压力等因素的影响，助燃剂在某个或某些位置产生堆积或阻碍助燃剂流通，妨碍助燃剂的流场均匀性。
在一些实施例中，如图3所示，在阴极互联结构200的端部还可以设置多个绕流柱400，多个绕流柱400可以分布于助燃剂入口201的两侧，其可以改变由第二子入口220流出的助燃剂的气流方向，以使得助燃剂向第二通道210的方向流动，尤其是向位于阴极互联结构200端部的第二通道210内流通，改善助燃剂无法流入阴极互联结构200端部的第二通道210的现象，进一步均匀气流。
其中，为了保证助燃剂绕流的方向和速度以及均匀性，绕流柱400位于助燃剂入口201的两侧的数量和分布结构可以相同。绕流柱400的具体数量和分布结构可以根据具体的设计需求选择以及做适应性调整。绕流柱400的凸出于连接体本体10表面的高度可以与第二通道210的流道壁700的高度相同，或绕流柱400的凸出于连接体本体10表面的高度可以低于第二通道210的流道壁700的高度，进一步的，为了保证绕流柱400的绕流效果，可以使得两者的高度相等。
在上述实施例中，助燃剂入口201的结构可以与燃料入口101的结构相同或大致相同，以便于简化制备工艺。
在一些实施例中，如图3所示，阴极互联结构200的助燃剂出口202的数量可以为多个，且助燃剂出口202间隔分布于阴极互联结构200的端部，助燃剂出口202与助燃剂入口201分设于阴极互联结构200上两个相对的端部。其中，助燃剂出口202可以采用管道式气道结构，多个助燃剂出口202可均匀间隔分布于阴极互联结构200的端部，以保证气体流出的均匀性。进一步的，助燃剂出口202的数量可以为2~6个，如可以是2个、3个、4个、5个或6个，助燃剂出口202的数量为上述数量时，既可以保证出口气体的有效排出，又保证了电池的安全性和使用寿命。在本公开中，助燃剂可通过助燃剂出口202直接从连接体本体10的端部排出，避免了连接体结构的冗余性，还可以保证助燃剂的有效排出。
阴极互联结构200上设置的第二歧管开口数量可以为多个，其中，第二歧管开口可以为助燃剂入口201，助燃剂入口201的数量可以根据结构的实际设计需求进行调整。进一步的，为了避免出现多个助燃剂入口201之间发生气流干扰现象，影响气流分布的均匀性，通常采用一个助燃剂入口201和多个助燃剂出口202的设计，且助燃剂入口201与助燃剂出口202分别位于阴极互联结构200相对的两端部，助燃剂入口201与助燃剂出口202相对设置。
在一些实施例中，如图2和图3所示，设置于阳极互联结构100上的第一通道110和设置于阴极互联结构200上的第二通道210均可以为平行通道，相邻第一通道110和相邻第二通道210均通过流道壁700间隔设置，如图5所示，各第一通道110和各第二通道210的流道宽度L1与流道壁700的壁厚H1之间的比例L1：H1为4:5~1:2，且各第一通道110和各第二通道210的流道宽度L1与流道壁700的长度H2之间的比例L1：H2为15:1~20:1。具体的，L1：H可以为4:5，或4:6，或4:7，或4:8等位于4:5~1:2区间内的任一比值；L1：H2为15:1，或16:1，或17:1，或18:1，或19:1，或20:1等位于15:1~20:1区间内的任一比值。流道宽度与流道壁700之间以上述比例进行设置，可以保证燃料和助燃剂的流场均匀性，提高电池的热控能力，进而提升电池的性能。
在本公开提供的实施例中，如图4所示，连接体本体10还包括集流层300，集流层300分别覆盖连接体本体10的表面上，集流层300采用网状结构，集流层300的总面积为连接体本体10的总面积的0.35~0.5。其中，集流层300可以包括阳极集流层300和阴极集流层300，阳极集流层300和阴极集流层300均可以采用网格状结构制备而成，阳极集流层300的面积可以为阳极互联结构100表面积的0.4~0.5，银极集流层300的面积可以为阴极互联结构200表面积的0.35~0.45。在一些具体的实施例中，集流层300可采用银线制成的网格结构，集流层300的厚度可以为0.1mm~1mm。集流层300采用上述结构和尺寸，可以有效缓解燃料和助燃剂气体供应不足导致的电池性能衰减的现象，有利于对电流进行收集和传导。
在本公开提供的实施例中，连接体、电解质和电极（包括阴极和阳极）材料组成固体氧化物燃料电池单体单元，单体电池的功率是有限的，为了获取大功率的电池组，可以将若干个单体电池以串联、并联或混联等方式连接在一起，因此，需要以连接体材料和封接材料600对多个单体单池进行电互联。
在电池（SOFC）中，为了保证连接体在高温下具有良好的电子导电性和稳定性，连接体可采用氧化物材料制成，如钙钛矿结构的铬酸镧（LaCrO3）等，还可以采用其他导电材料，如不锈钢、镍（Ni）、镍合金、铁铬合金（FeCr）、金（Au）、银（Ag）、铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）或其组合物。本公开实施例提供的连接体的材料并不限于上述物质，还可以是由其他适用的材料制成，可根据电池或电堆的实际设计需求进行适应调整。
在本公开提供的实施例中，燃料可以采用氢气（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、氨气（NH3）中的一种或多种，也可以是其它轻烃类；助燃剂可以采用纯氧气（O2）、空气、富氧空气或其他含氧气体。其中，若燃料为氢气（H2），燃料电池内发生的化学反应可以为H2+O2→H2O；若燃料为一氧化碳（CO），燃料电池内发生的化学反应可以为CO+O2→CO2；若燃料为甲烷（CH4），燃料电池内发生的化学反应可以为CH4+O2→CO2+H2O；若燃料为氨气（NH3），燃料电池内发生的化学反应可以为NH3+O2→NO2+H2O。当然，上述各反应过程仅为示例性示出，各电池的反应过程可能包括上述反应过程中的一种或者多种，可根据实际选用的燃料和助燃剂以及两者的比例关系进行适应性调整。
本公开提供的内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体，该连接体通过在阳极互联结构100的燃料入口101处设置多个第一子入口120，多个第一子入口120的轴向由第一点向远离燃料入口101的方向辐射，且相邻的两个第一子入口120之间设置有第一阻挡件130阻隔，使得通过燃料入口101进入第一通道110的流体先经过第一子入口120的分流，使得燃料可沿多个方向分流后，进入多个第一通道110内，提高多个第一通道110内的燃料流场分布均匀性，克服了由于燃料分布不均匀导致的电池温度不均问题，有效提高了电池的热控能力，提高了电池的性能和使用寿命。
本公开实施方式还提供了一种电堆系统20，如图6所示，该连接体包括：多个固体氧化物燃料电池。
其中，各固体氧化物燃料电池至少安装有上述连接体，连接体用于为至少两个相连的电池提供电互联。
在本公开提供的实施例中，为了满足大功率、大电压的要求，电池组或电堆系统20通常可以采用单体电池组装的结构，具体的，电堆系统20可以由单体电池通过各种结构堆叠而成，如将单个燃料电池采用串联、并联或混联等方式进行电互联，以形成电堆系统20，满足各种功率和各种场合的应用。
为了便于多个单体电池之间的堆叠连接，在连接体以及电池的阴极结构和阳极结构上可以分别开设连接孔500，连接孔500的数量和位置可以根据电池的实际设计需求进行设计，本公开不做具体限定。
其中，各固体氧化物燃料电池的电解质材料可采用氧化物陶瓷制作而成，如可以是烧结固熔体电解质ZrO2（二氧化锆）或Y2O3（氧化钇）。电解质的性能直接决定着电池的工作温度和性能，例如，ZrO2（二氧化锆）在1000℃左右的温度下的电阻率为107Ω／cm，其接近于绝缘物质，因此，可以以ZrO2（二氧化锆）为基进行掺杂处理可以形成固体电解质。当然，本公开实施例提供的电解质并不限于上述物质，还可以是由其他适用的材料制成，可根据电池或电堆的实际设计需求进行适应调整。
其中，各固体氧化物燃料电池的阳极材料可作为一种催化剂，阳极材料可选择电子电导率高、在还原气氛中稳定并保持良好的透气性的材料，如铂（Pt）、镍（Ni）、钴（Co）等金属材料，也可以是复合材料，如镍（Ni）复合的ZrO2（二氧化锆）等结合多种性能的材料。本公开实施例提供的阳极材料并不限于上述物质，还可以是由其他适用的材料制成，可根据电池或电堆的实际设计需求进行适应调整。
其中，各固体氧化物燃料电池的阴极材料可以是多孔的电子导电薄膜，由于阴极在高温氧化气氛环境工作，其起传递电子和透氧的作用，因此，对阴极材料的要求应具有高的电导率、高温抗氧化性以及高温热稳定性等性质，并且不与电解质起化学反应等特点。阴极材料可采用铂（Pt）等金属材料，也可以采用掺杂氧化物陶瓷（如LaMnO3）等复合材料。本公开实施例提供的阴极材料并不限于上述物质，还可以是由其他适用的材料制成，可根据电池或电堆的实际设计需求进行适应调整。
其中，各固体氧化物燃料电池还可以包括封接材料600，封接材料600及其他封接材料600可用于将电解质材料和连接体连接在一起，封接材料600需要具有耐高温等，例如，在电池反应温度为700℃~1000℃的温度下，封接材料600可以采用玻璃陶瓷混熔制备，封接材料600的具体材料和制备工艺可以根据电池的实际设计需求进行选择。
在一些实施例中，电堆系统20可以采用玻璃胶进行连接体与电池电极之间的密封，在采用密封胶对阴极互联结构200与阴极进行密封或采用密封胶对阳极互联结构100与阳极进行密封时，密封胶的厚度可以为0.3mm~1.3mm，保证了密封性的同时克服了密封胶过多导致的结构冗余问题。
需要说明的是，本公开提供的电堆系统20还具有其他组成电堆系统20所需要的必须结构，例如集电结构、额外分离器板、密封与绝缘系统、热交换器、系统控制处理器、燃料和空气储存罐、压缩机构、电介质隔离系统、封装端板等，均属于本公开电堆系统20的保护范畴，此处不再一一详述。
本公开提供的电堆系统20，应用上述连接体，使得燃料在系统内部流场分布均匀，系统的热控性能强，系统整体电性能较好。
下面结合附图7至附图8对应用上述连接体的电堆系统20的性能进行说明：
图7为本公开提供的电堆系统的I-V及功率曲线示意图，图7的横坐标表示电流强度（A），左纵坐标表示电压（V），右纵坐标表示功率（W），其中，实心圆点表示堆系统的功率，空心圆点表示堆系统的电流。
从图7中可以看出，当电流强度达到17A时，电堆系统的功率大于10.5W；现有技术中的电堆系统在电流达到17A时，其功率通常为8W~10W，本公开提供的电堆系统相较于现有技术，在相同的电流的情况下，功率可提升约为5%~30%，本公开提供的连接体可以有效的提高燃料及助燃剂的气流均匀性，从而提升电池的性能。
图8为本公开提供的电堆系统的稳定性曲线示意图，图8的横坐标表示时间，纵坐标表示功率。其中，图中的0号曲线表示现有技术中的连接体结构对应的电堆系统的稳定性；1号曲线表示阳极互联结构具有3个第一子入口的连接体结构对应的电堆系统的稳定性；2号曲线表示阳极互联结构具有4个第一子入口的连接体结构对应的电堆系统的稳定性，且上述三条曲线所代表的电堆系统的其它结构和尺寸均相同。
从图8中可以看出，初始时的电堆系统的功率均为11W左右，随着时间的推移，三条曲线所代表的电堆系统的功率均发生了衰减，且在一段时间后进入稳定期，但可以看出的，0号曲线代表的电堆系统的功率衰减程度均大于1号和2号曲线代表的电堆系统的功率的衰减程度。其中，2号曲线在工作50h（小时）后，其功率从11W左右衰减至9W左右，衰减率约为18.2%左右；1号曲线在工作50h（小时）后，其功率从11W左右衰减至8.8W左右，衰减率约为20%左右；0号曲线在工作50h（小时）后，其功率从11W左右衰减至8.5W左右，衰减率约为22.7%左右。对比上述数据可以看出，采用本公开上述实施例提供的连接体结构，可以有效的均匀燃料和助燃剂的气流，有助于提升电堆系统的功率，提升了电池的稳定性，进而提升了电池的性能。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (10)
1.一种内置歧管式固体氧化物燃料电池的连接体，其特征在于，包括：
连接体本体，所述连接体本体包括阳极互联结构，所述连接体本体设置有贯穿所述阳极互联结构的多个第一歧管开口，各所述第一歧管开口分别与歧管连接，所述第一歧管开口用于输送燃料；
所述阳极互联结构包括至少一个第一通道，所述第一通道被配置为燃料流通通道，至少一个所述第一歧管开口为燃料入口，至少一个所述第一歧管开口为燃料出口，所述燃料入口与所述燃料出口相对设置；
其中，所述燃料入口包括至少两个第一子入口，多个所述第一子入口的轴线由第一点向远离所述燃料入口的方向辐射，相邻两个所述第一子入口之间设置有第一阻挡件，所述第一阻挡件由所述第一点向远离所述燃料入口的方向辐射，所述第一点为所述燃料入口上的一点。
2.根据权利要求1所述的连接体，其特征在于，所述第一阻挡件的数量为1~5个，各所述第一阻挡件为扇形结构，各所述第一阻挡件均匀分布于所述燃料入口处；
各所述第一阻挡件凸出于所述连接体本体的表面，且各所述第一阻挡件凸出于所述连接体本体表面的高度相同。
3.根据权利要求1所述的连接体，其特征在于，所述阳极互联结构还包括至少一个第一子通道，所述第一子通道垂直于所述第一通道设置，所述第一子通道用于在垂直于所述第一通道的方向上连通多个所述第一通道。
4.根据权利要求1所述的连接体，其特征在于，所述燃料出口与所述燃料入口的结构相同。
5.根据权利要求1-4任一项所述的连接体，其特征在于，所述连接体本体还包括与所述阳极互联结构相连的阴极互联结构，所述连接体本体设置有贯穿所述阴极互联结构的多个第二歧管开口，各所述第二歧管开口分别与所述歧管连接，所述第二歧管开口用于输送助燃剂；
所述阴极互联结构包括至少一个第二通道，所述第二通道被配置为助燃剂流通通道，至少一个所述第二歧管开口为助燃剂入口，所述阴极互联结构还包括助燃剂出口，所述助燃剂入口与所述助燃剂出口相对设置；
其中，所述助燃剂入口包括至少两个第二子入口，多个所述第二子入口的轴线由第二点向远离所述助燃剂入口的方向辐射，相邻两个所述第二子入口之间设置有第二阻挡件，所述第二阻挡件由所述第二点向远离所述助燃剂入口的方向辐射，所述第二点为所述助燃剂入口上的一点；
所述第二阻挡件与所述第一阻挡件的结构相同。
6.根据权利要求5所述的连接体，其特征在于，所述助燃剂出口的数量为2~6个，且所述助燃剂出口间隔分布于所述阴极互联结构的端部。
7.根据权利要求6所述的连接体，其特征在于，所述阴极互联结构还包括至少一个第二子通道，所述第二子通道垂直于所述第二通道设置，所述第二子通道用于在垂直于所述第二通道的方向上连通多个所述第二通道。
8.根据权利要求7所述的连接体，其特征在于，所述第一通道与所述第二通道在所述连接体本体的横截面上的正投影相互平行或相互垂直；
其中，所述第一通道和所述第二通道均为平行通道，相邻所述第一通道和相邻所述第二通道均通过流道壁间隔设置，各所述第一通道和各所述第二通道的流道宽度与所述流道壁的壁厚之间的比例为4:5~1:2，且各所述第一通道和各所述第二通道的流道宽度与所述流道壁的长度之间的比例为15:1~20:1。
9.根据权利要求1所述的连接体，其特征在于，所述连接体本体还包括集流层，所述集流层覆盖所述连接体本体的表面上，所述集流层采用网状结构，所述集流层的总面积为所述连接体本体的总面积的0.35~0.5。
10.一种电堆系统，其特征在于，包括：
多个固体氧化物燃料电池；
其中，各所述固体氧化物燃料电池至少安装有如上述权利要求1-9任一项所述的连接体，所述连接体用于为至少两个相连的所述电池提供电互联。
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