固体氧化物燃料电池电堆

权利要求

1.固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，包括： 由若干个电堆重复单元堆叠而成的电堆整体结构；所述电堆整体结构的阴极侧和阳极侧分别引出导电柱； 所述电堆重复单元自下而上依次为单电池、第一金属网、连接板和第二金属网；所述单电池下侧为阳极，上侧为阴极；所述连接板下侧设有空气流道，上侧为平面；所述第一金属网、连接板下侧的空气流道和第二金属网分别引出导电引线。2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，所述电堆重复单元的个数为2~40个。 3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，所述单电池为单阴极平管式结构固体氧化物燃料电池。 4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，所述单阴极平管式结构固体氧化物燃料电池的结构为： 8YSZ|NiO-8YSZ|NiO-YSZ|NiO-8YSZ|8YSZ|GDC|LSC； 其中，8YSZ为电解质，NiO-8YSZ为活性阳极，NiO-YSZ为阳极支撑体，GDC为阻隔层，LSC为阴极层。 5.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，所述8YSZ的厚度为7~9μm；所述NiO-8YSZ的厚度为4~6μm；所述NiO-YSZ的尺寸为（150~160）mm×（60~62）mm×（4~6）mm，中间均匀分布有直径0.5mm~1.5mm的燃料流道孔；所述GDC的厚度为1~3μm；所述LSC的尺寸为（120~130）mm×（60~62）mm，厚度为10~20μm。 6.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，所述单阴极平管式结构固体氧化物燃料电池的一面中间开有（40~60）mm×（120~140）mm的长方形，作为电子集流窗口，另一面为阴极层。 7.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，所述第一金属网为银网或铂金网；所述第一金属网的厚度为0.05mm~0.15m，网孔尺寸为（0.2~0.4）mm×（0.5~0.7）mm。 8.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，所述连接板的材质为Crofer22金属、SUS430金属或SUS441金属； 所述连接板的空气流道为1mm~2mm的凹槽。 9.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，所述第二金属网为镍网；所述第二金属网的厚度为0.05mm~0.1m，网孔尺寸为（0.1~0.3）mm×（0.3~0.5）mm。 10.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池电堆，其特征在于，所述导电引线的材质为Crofer22金属、SUS430金属或SUS441金属； 所述导电引线的直径为0.4mm~0.6mm。

说明书

技术领域

本发明涉及电堆技术领域，更具体地说，是涉及一种固体氧化物燃料电池电堆。

背景技术

氢能及燃料电池技术作为促进经济社会实现低碳环保发展的重要创新技术，是我国应对全球气候变化、保障国家能源供应安全和实现可持续发展的战略选择。近年来，氢能与燃料电池技术已成为我国能源战略的重要发展方向。燃料电池的种类有质子交换膜燃料电池，固体氧化物燃料电池和碱性燃料电池等。固体氧化物燃料电池（Solid Oxide FuelCells, SOFCs）作为一种全固体燃料电池，是一种高效洁净的能源技术，能够直接将甲烷，氢气等燃料的化学能直接转变为电能或热能，而不产生任何有害物质。SOFC具有功率可调，连续稳定，废气排放低，联合发电效率高，电池成本低等优势，适用于小型家用电源，分布式电站，军用便携式电源系统等领域。在21世纪能源短缺和对环境保护严格要求的背景下，SOFC对环境无污染的新能源技术具有重要的研究价值，受到各领域广泛的关注。

SOFC电堆的结构主要分为平板式、圆管式和平管式。平板式SOFC的空间利用率高，制备相对简单，但启动和停机较长；圆管式SOFC抗热冲击性强，启动和停机较短，但空间利用率和体积功率密度低；平管式SOFC兼具平板和圆管的结构优势，是SOFC技术重要发展方向之一，其厚的支撑阳极使得电池机械强度大幅提高，抗热冲击性能强，也提高了电池长期运行稳定性。然而单电池的功率较小，开路电压（OCV）最高只有1.23V，应用领域有限，所以需要将多个单电池和连接板装配千瓦级到兆瓦级之间的电堆，平管式大功率电堆被迫切需求。SOFC电堆的运行环境苛刻，工作温度在650℃到850℃，电堆整体密闭隔绝外部空气。需要在不破坏电堆内部结构，同时不影响电堆正常运行的条件下进行电堆内部单电池电压，连接板电阻和单电池/连接板间的界面接触电阻分析。然而目前存在电堆内部元部件性能无法实时检测或者检测信号不稳定等问题，如果电堆性能骤降只能降温停止测试，拆解电堆进行分析，拆解的电堆将无法再使用，这将造成资源的浪费，大大的增加电堆成本。

目前的电堆检测方法多集中在质子交换膜燃料电池堆，因为质子交换膜燃料电池堆和固体氧化物燃料电池堆结构的不同，质子交换膜燃料电池堆的检测方法并不适用。有很多关于固体氧化物燃料电池的测试系统，但未详细说明电堆中检测的具体操作方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种固体氧化物燃料电池电堆，本发明提供的固体氧化物燃料电池电堆提高了电堆中各模块间的界面接触，并且能够实现原位监测电堆中各片电池、连接板等元部件的电性能，同时实时检测电堆的温度场及气相分布。

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池电堆，包括：

由若干个电堆重复单元堆叠而成的电堆整体结构；所述电堆整体结构的阴极侧和阳极侧分别引出导电柱；

所述电堆重复单元自下而上依次为单电池、第一金属网、连接板和第二金属网；所述单电池下侧为阳极，上侧为阴极；所述连接板下侧设有空气流道，上侧为平面；所述第一金属网、连接板下侧的空气流道和第二金属网分别引出导电引线。

优选的，所述电堆重复单元的个数为2~40个。

优选的，所述单电池为单阴极平管式结构固体氧化物燃料电池。

优选的，所述单阴极平管式结构固体氧化物燃料电池的结构为：

8YSZ|NiO-8YSZ|NiO-YSZ|NiO-8YSZ|8YSZ|GDC|LSC；

其中，8YSZ为电解质，NiO-8YSZ为活性阳极，NiO-YSZ为阳极支撑体，GDC为阻隔层，LSC为阴极层。

优选的，所述8YSZ的厚度为7~9μm；所述NiO-8YSZ的厚度为4~6μm；所述NiO-YSZ的尺寸为（150~160）mm×（60~62）mm×（4~6）mm，中间均匀分布有直径0.5mm~1.5mm的燃料流道孔；所述GDC的厚度为1~3μm；所述LSC的尺寸为（120~130）mm×（60~62）mm，厚度为10~20μm。

优选的，所述单阴极平管式结构固体氧化物燃料电池的一面中间开有（40~60）mm×（120~140）mm的长方形，作为电子集流窗口，另一面为阴极层。

优选的，所述第一金属网为银网或铂金网；所述第一金属网的厚度为0.05mm~0.15m，网孔尺寸为（0.2~0.4）mm×（0.5~0.7）mm。

优选的，所述连接板的材质为Crofer22金属、SUS430金属或SUS441金属；

所述连接板的空气流道为1mm~2mm的凹槽。

优选的，所述第二金属网为镍网；所述第二金属网的厚度为0.05mm~0.1m，网孔尺寸为（0.1~0.3）mm×（0.3~0.5）mm。

优选的，所述导电引线的材质为Crofer22金属、SUS430金属或SUS441金属；

所述导电引线的直径为0.4mm~0.6mm。

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池电堆，包括：由若干个电堆重复单元堆叠而成的电堆整体结构；所述电堆整体结构的阴极侧和阳极侧分别引出导电柱；所述电堆重复单元自下而上依次为单电池、第一金属网、连接板和第二金属网；所述单电池下侧为阳极，上侧为阴极；所述连接板下侧设有空气流道，上侧为平面；所述第一金属网、连接板下侧的空气流道和第二金属网分别引出导电引线。与现有技术相比，本发明提供的固体氧化物燃料电池电堆采用特定结构在特定连接关系下实现整体较好相互作用，提高了电堆中各模块间的界面接触，并且能够实现原位监测电堆中各片电池、连接板等元部件的电性能，同时实时检测电堆的温度场及气相分布。

附图说明

图1为本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池电堆的装配三维结构示意图；

图2为本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池电堆的复单元结构示意图；

图3为本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池电堆的伏安特性曲线；

图4为本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池电堆中单电池及连接板的放电曲线；

图5为本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池电堆在恒流放电过程中单电池与连接板间的界面电阻。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池电堆，包括：

由若干个电堆重复单元堆叠而成的电堆整体结构；所述电堆整体结构的阴极侧和阳极侧分别引出导电柱；

所述电堆重复单元自下而上依次为单电池、第一金属网、连接板和第二金属网；所述单电池下侧为阳极，上侧为阴极；所述连接板下侧设有空气流道，上侧为平面；所述第一金属网、连接板下侧的空气流道和第二金属网分别引出导电引线。

本发明针对现有技术“（1）无法原位监测大功率电堆中元部件的性能；（2）电堆长时间运行时由于界面电阻增大导致电堆功率下降；（3）电堆中各位置的温度等信号无法原位监测记录”的技术问题，提供了一种固体氧化物燃料电池电堆，一方面可以原位监测电堆中各片电池、连接板等元部件的电信号，温度信号，还可以通过计算得到界面电阻数据；另一方面可以提高电堆中电池阳极与连接板间，电池阴极与连接板间的界面接触；并且能够实时检测电堆中的温度场及气相分布，通过热电耦或者气体收集管可以固定在金属网的任何位置，从而可以检测电池各个位置的温度，气相分布。

在本发明中，所述固体氧化物燃料电池电堆包括：由若干个电堆重复单元堆叠而成的电堆整体结构；所述电堆整体结构的阴极侧和阳极侧分别引出导电柱。

在本发明中，所述电堆重复单元的个数优选为2~40个，更优选为3~10个。

在本发明中，所述电堆重复单元自下而上依次为单电池、第一金属网、连接板和第二金属网；所述单电池下侧为阳极，上侧为阴极；所述连接板下侧设有空气流道，上侧为平面；所述第一金属网、连接板下侧的空气流道和第二金属网分别引出导电引线。

在本发明中，所述单电池优选为单阴极平管式结构固体氧化物燃料电池；所述单阴极平管式结构固体氧化物燃料电池的结构优选为：

8YSZ|NiO-8YSZ|NiO-YSZ|NiO-8YSZ|8YSZ|GDC|LSC；

其中，8YSZ为电解质，NiO-8YSZ为活性阳极，NiO-YSZ为阳极支撑体，GDC为阻隔层，LSC为阴极层。

在本发明中，所述8YSZ的厚度优选为7~9μm，更优选为8μm；所述NiO-8YSZ的厚度优选为4~6μm，更优选为5μm；所述NiO-YSZ的尺寸优选为（150~160）mm×（60~62）mm×（4~6）mm，更优选为155mm×61mm×5mm，中间均匀分布有直径0.5mm~1.5mm的燃料流道孔；所述GDC的厚度优选为1~3μm，更优选为2μm；所述LSC的尺寸优选为（120~130）mm×（60~62）mm，更优选为125mm×61mm，厚度优选为10~20μm，更优选为15μm。

在本发明中，所述单阴极平管式结构固体氧化物燃料电池的一面中间优选开有（40~60）mm×（120~140）mm（更优选为50mm×130mm）的长方形，作为电子集流窗口，另一面为阴极层。

在本发明中，所述第一金属网优选为银网或铂金网；所述第一金属网的厚度优选为0.05mm~0.15m，更优选为0.1mm，网孔尺寸优选为（0.2~0.4）mm×（0.5~0.7）mm，更优选为0.3mm×0.6mm。

在本发明中，所述连接板的材质优选为Crofer22金属、SUS430金属或SUS441金属，更优选为SUS441金属；上述材质为导电性好且抗氧化性较强的金属，本发明对其来源没有特殊限制。

在本发明中，所述连接板的空气流道优选为1mm~2mm的凹槽，更优选为1.5mm的凹槽。

在本发明中，所述第二金属网优选为镍网；所述第二金属网的厚度优选为0.05mm~0.1m，网孔尺寸优选为（0.1~0.3）mm×（0.3~0.5）mm，更优选为0.2mm×0.4mm。

在本发明中，所述导电引线的材质优选为Crofer22金属、SUS430金属或SUS441金属，更优选为SUS441金属；所述导电引线的直径优选为0.4mm~0.6mm，更优选为0.5mm。

在本发明中，参见图1~2所示，其中，图1为本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池电堆的装配三维结构示意图，其中，1为导电柱，2为重复单元①，3为重复单元②，4为引线①，5为引线②，6为引线③，7为单电池，8为金属网，9为连接板；图2为本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池电堆的复单元结构示意图，其中，4为引线①，5为引线②，6为引线③，7为单电池，8为金属网，9为连接板；上述固体氧化物燃料电池电堆的制备方法优选包括：

（1）元部件的准备：

单电池选择单阴极平管式结构固体氧化物燃料电池，首先通过挤柱成型的方法制备阳极支撑体NiO-YSZ，阳极支撑体外侧通过丝印方法制备一层活性阳极NiO-8YSZ，在活性阳极外侧制备一层电解质8YSZ，电池的一面中间开有（40~60）mm×（120~140）mm的长方形，作为电子集流窗口，在电解质的外层继续丝印一层阻隔层GDC，在电池的另一面丝印阴极层。

在单电池阴极和连接板之间增加薄的导电性好的金属网（银网或铂金网），位置如图2中的金属网8（连接板9下方）所示，金属网面积与阴极面积相同，因为其较高的电导率及较低的硬度，可以提高连接板流道侧与电池阴极之间的接触面积，从而降低界面接触电阻，增加电堆的放电功率。

在单电池阳极与连接板之间增加镍网金属网，位置如图2中的金属网8（连接板9上方）所示，金属网面积与集流窗口一致。

导电引线材质优选和连接板的材质一致，在高压下提高界面接触，降低测试误差；导电引线与电堆接触部分通过辊压机碾压为0.1~0.3μm厚的薄片。

导电引线的材料处理：在导电引线与电堆电池阴极接触部分的表面丝印电池阴极材料，约10μm，可以是LSC、LSCF、LSM等，优选为LSC；通过上述材料处理与电池阴极的材料一致，可以降低不同部件间的接触电阻，提高信号收集的准确性。

（2）电堆的装配：

通过重复单元①：单电池、第一金属网、连接板、第二金属网；重复单元②：单电池、第一金属网、连接板、第二金属网不断堆叠的方式进行组装，重复单元三个，导电柱从电堆的阴极和阳极分别引出，可同时用来收集电流和电压信号。

在本发明中，电堆为中空平管式电池组装的电堆；电堆的阴极和阳极侧分别引出导电柱，避免电子传输路径较长造成功率损失。

将导电引线放置在流道内凹槽处，如图2中的引线②（附图标记5）所示，可以避免影响单电池和连接板之间的接触，提高精准度，且通过焊接固定在金属连接板上，方便稳固不会断裂，以免造成测试中断，数据缺失；也可以将导电引线放在不同的位置分析不同性能参数，例如放在电池阳极和连接板阴极，如图2中的引线①（附图标记4）所示，可以分别分析出电池阴极与连接板间，和电池阳极与连接板间的界面接触电阻；因为电堆在实际运行过程中界面接触电阻无法直接测试，只能通过模拟模型测试，而本发明的这种方法可以在电堆实际运行过程中直接测试得到；因为引线测试的部件包括电池和连接板，不会因为连接板电阻较低而测试不出来，同时可以降低测试设备的精度，降低成本。

将直径0.5mm的热电耦或者导电引线等通过穿插的方式固定在金属网上，如图2中的引线①（附图标记4）所示，可以牢牢的固定引线，避免在电堆运行过程中引线移位或者局部断裂，造成测试中断，数据缺失；热电耦可以固定在气体入口处，电堆中心，出口处等需要监测的位置，例如图2中的引线③（附图标记6）；气体收集管也可以通过穿插的方式固定在空气流道中，通过固定在不同的位置可以测试电堆不同区域的气相分布。

在本发明中，电堆中电池、连接板等元部件的性能可以实时监测；在电池与连接板之间增加导电引线，不破坏电堆内部结构，不影响电堆正常运行，测试方法简单易操作，且引线成本较低可反复使用；导电引线可以通过焊接方式固定于连接板上的不同位置；导电引线可以进行表面处理，避免导电引线的加入对电堆正常测试造成影响。

在本发明中，电池阳极与连接板间，电池阴极与连接板间增加金属网，导电引线、热电耦或者气体收集管可以通过穿插的方式固定于金属网上；可以固定在金属网上的任意位置，实时监测各个区域的性能；这种方法不仅可以检测电堆中单电池、连接板等各部件的性能，也可以得到单电池与连接板间的界面接触电阻，还可以改善电池与连接板之间的界面接触，提高电堆的放电功率。

（3）电信号处理方法：

通过电堆阳极和阴极的导电柱可以收集电流、电压和功率等数据，避免测试过程中电子传输路径太长导致电堆电压损失。通过导电引线可以检测出电堆在开路、放电过程中单电池、连接板以及元部件之间的电压、电阻信号变化。可以通过测试电池和连接板两者的电压减去电池的电压来得到连接板的电压，再通过电流数据计算得到连接板电阻，避免连接板电阻太小无法检测的情况。

若电堆在实际运行中出现单电池失效的情况，可以通过将此片单电池阴极阳极两侧的引线接触，使此片单电池短路，直接放弃此片电池的功率输出，从而避免影响电堆总功率或者造成电堆失效，也就避免了报废电堆。

本发明提供的固体氧化物燃料电池电堆的有益效果具体阐述如下：

（1）原位监测电堆中各片电池、连接板等元部件的电性能；

SOFC电堆放电功率较大，装配成本较高，且装配后在高温、密闭环境下运行，只能检测电堆的总输出性能，难以检测电堆中内部单电池和连接板及其模块的运行情况，然而一个单元模块的性能会影响电堆的总输出性能，包括电流和电压；通过电堆的总电流和总电压数据无法得到电堆内部各元部件的运行状况，不能对组成电堆的元部件性能进行评价；例如一片单电池的失效会造成界面电阻骤大，电流降低，若无法分析原因改善这种情况，只能停止运行电堆，电堆无法再使用，造成资源浪费；因此需要在不破坏内部结构的前提下，对电堆内部的元部件进行实时监测；如果监测到异常情况，可以分析出发生问题的具体模块，及时进行操作处理；各元部件的性能可以通过模拟电堆运行环境的方法检测，而实际电堆的运行环境复杂，需要实时检测才能分析。

本发明可以在不影响电堆正常运行情况下，分析出电堆中单片电池的电压，连接板的电压，再根据电流信号计算出电池的功率，连接板的电阻；将导电引线放在不同的位置可以分析不同性能参数，例如放在电池阳极和连接板阴极，可以分析出电池阴极与连接板间，和电池阳极与连接板间的界面接触电阻；因为电堆在实际运行过程中界面接触无法直接测试，只能通过模拟模型测试，而本发明的这种方法可以在电堆实际运行过程中直接测试得到；若在实际运行中检测到电堆中的某片单电池失效，还可以通过将此片单电池阴极阳极两侧的导电引线接触，使此片单电池短路，避免单电池的失效影响电堆的总输出功率，也就避免了停止电堆运行。

（2）提高电堆中各模块间的界面接触；

影响电堆总输出性能的原因有很多，包括各元部件的性能和元部件之间的接触；电堆的运行寿命要求通常在100000h以上，在电堆的长期放电运行过程中，元部件之间的装配也是影响电堆输出性能的重要因素，若电池和连接板间的接触较差会增加界面接触电阻从而降低电堆输出电流。

通过在单电池和连接板之间增加薄的银网等导电性好的金属网，因为其较高的电导率及较低的硬度，可以提高连接板流道侧与电池阴极之间的接触面积，从而降低界面接触电阻，增加电堆的放电功率。

（3）实时检测电堆的温度场及气相分布；

SOFC电堆放电功率较大，装配成本较高，且装配后在高温、密闭环境下运行，难以检测电堆中内部单电池和连接板模块的运行情况，同时一个单元模块的性能会影响电堆的总输出性能，包括电流和电压；例如一片单电池的失效造成界面电阻骤大，电流降低；因此需要在不破坏内部结构的前提下，对电堆内部的元部件进行实时监测；如果监测到异常情况，可以分析出发生问题的具体模块，及时进行操作处理。

通过在电池和连接板之间增加金属网，不仅可以作为电子收集层提高电池阴极与连接板，电池阳极与连接板之间的界面接触，还可以将热电耦牢牢的固定于电池与连接板间的任何位置，实现电堆中任何位置的温度检测，分析电堆中的温度场分配；还可以在金属网中增加很多其它导电引线，包括气体收集管等，收集不同位置的气体成分，分析电堆中电池的运行情况。导电引线放在不同的位置可以分析出不同区域不同部件的性能。

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池电堆，包括：由若干个电堆重复单元堆叠而成的电堆整体结构；所述电堆整体结构的阴极侧和阳极侧分别引出导电柱；所述电堆重复单元自下而上依次为单电池、第一金属网、连接板和第二金属网；所述单电池下侧为阳极，上侧为阴极；所述连接板下侧设有空气流道，上侧为平面；所述第一金属网、连接板下侧的空气流道和第二金属网分别引出导电引线。与现有技术相比，本发明提供的固体氧化物燃料电池电堆采用特定结构在特定连接关系下实现整体较好相互作用，提高了电堆中各模块间的界面接触，并且能够实现原位监测电堆中各片电池、连接板等元部件的电性能，同时实时检测电堆的温度场及气相分布。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例

参见图1~2所示，其中，图1为本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池电堆的装配三维结构示意图；图2为本发明实施例提供的固体氧化物燃料电池电堆的复单元结构示意图。

通过在三片单电池组装的电堆中加入导电引线，可以实现电堆放电过程中，电池、连接板等元部件电信号的收集。

本发明实施例选择三片平管式SOFC单电池组装为电堆，单电池选择单阴极平管式结构固体氧化物燃料电池，结构为：

8YSZ|NiO-8YSZ|NiO-YSZ|NiO-8YSZ|8YSZ|GDC|LSC；

其中，阳极支撑体NiO-YSZ，尺寸155mm×61mm×5mm，中间均匀分布有直径1mm的燃料流道孔；阳极支撑体外侧有一层活性阳极NiO-8YSZ，厚度约5μm；在活性阳极外侧有一层电解质，8YSZ，厚度约8μm，电池的一面中间开有50mm×130mm的长方形，作为电子集流窗口；在电解质的外层有一层阻隔层GDC，厚度约2μm；在电池的另一面为阴极层，为LSC材料，125mm×61mm，厚度约15μm。

连接板材料为SUS441金属，与电池阴极接触的一侧有空气流道，空气流道为1.5mm的凹槽，与电池阳极接触的另一侧为平面。

在单电池阴极和连接板之间增加薄的导电性好的金属网（铂金网），位置如图2中的金属网8（连接板9下方）所示，厚度为0.1mm，网孔0.3mm×0.6mm，金属网面积与阴极面积相同，因为其较高的电导率及较低的硬度，可以提高连接板流道侧与电池阴极之间的接触面积，从而降低界面接触电阻，增加电堆的放电功率。

在单电池阳极与连接板之间增加镍网金属网，位置如图2中的金属网8（连接板9上方）所示，厚度为0.05mm~0.1mm，网孔0.2mm×0.4mm，金属网面积与集流窗口一致。

导电引线材料是SUS441，直径为0.5mm，导电引线与电堆接触部分通过辊压机碾压为0.1μm~0.3μm厚的薄片；在导电引线与电堆电池阴极接触部分的表面丝印电池阴极材料，约10μm。

按照图1结构装配时六根导电引线分别放置于电池#1#2#3的阴极和阳极（第一根导电引线|电池#1阳极|第二根导电引线|电池#1阴极|第三根导电引线|电池#2阳极|第四根导电引线|电池#2阴极|第五根导电引线|电池#3阳极|第六根导电引线|电池#3阴极），用来收集电压信号，导电引线通过金属网固定。

三片电池按照图1所示的结构组装好后，放入加热炉中使电堆保温在750℃。电池阳极侧通入0.6SLM氢气还原，阴极侧通入1.8SLM空气。还原4小时后开始进行瞬时放电测试，氢气通入2SLM，空气通入6SLM，得到如图3所示的电堆伏安特性曲线。

图3为瞬时放电过程三单元电堆的电流-电压-功率曲线，电流和电压信号通过电堆阴极和阳极侧的导电柱收集，电压为3V，功率为64.8W。

一般的电堆测试只能得到图3的数据，而本发明提供的固体氧化物燃料电池电堆，可以在放电过程中同时获得图4所示的单电池和连接板数据。

放电测试方法同上述电堆，得到图4三单元电堆中单电池及连接板的放电曲线，电池#1的I-V数据通过电池两侧第一根导电引线和第二根导电引线获得，功率P通过I×V计算得到；电池#2#3也是一样，同时电池#1+连接板的数据通过第一根导电引线和第三根导电引线获得。

通过这些数据可以原位分析电堆中瞬时单电池性能以及连接板的电阻；同时可以看出三片电池+连接板的功率总和为69.5W，略大于电堆的功率64.8W。所以推测通过采用本发明的电堆进行测试优化了电池间的接触，降低了界面电阻损耗。

三单元电堆在14A的电流下进行107小时的恒流放电，图5为恒流放电过程中单电池与连接板间的界面电阻，包括电池阳极与连接板间，电池阴极与连接板间的界面电阻。可以看出，通过本发明的电堆还可以得到电堆长期放电过程中的界面电阻变化，图中的界面电阻值均小于0.3mΩ。

综上，本发明提供的固体氧化物燃料电池电堆具有如下有益效果：

（1）本发明提供的固体氧化物燃料电池电堆可以实现原位监测电堆中各片电池、连接板等元部件的电性能，电池与连接板间的界面电阻，不破坏电堆内部结构，不影响电堆放电性能输出；

（2）不仅可以检测出电堆中各电池、连接板等元部件的电性能，还可以提高电堆中电池阳极与连接板间，电池阴极与连接板间的界面接触；

（3）实时检测电堆中的温度场及气相分布；热电耦或者气体收集管可以固定在金属网的任何位置，从而可以检测电池各个位置的温度，气相分布。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

固体氧化物燃料电池电堆.pdf