改型平面電池和基于其的電化學裝置堆，平面電池和堆的生產(chǎn)方法及平面電池生產(chǎn)模具的制作方法

改型平面電池和基于其的電化學裝置堆，平面電池和堆的生產(chǎn)方法及平面電池生產(chǎn)模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及改型平面電池，其具有固體氧化物固體電解質(zhì)、氣體擴散陽極、陰極、金屬或氧化物電流通道以及電流-氣體供應(yīng)。所述電池的支撐固體電解質(zhì)為包括波紋的波紋形板的形式。在橫截面中，所述板的各波紋構(gòu)成具有孔的沒有較大下底的等腰的、相同高度的梯形。所述孔在每個波紋的上部部分中在一側(cè)上被形成，以用于供應(yīng)各試劑之一，例如在燃料電池的情況下的燃料。各波紋在它們的底處被連接至彼此以便形成所述電池的氣體空間通道。所述氣體空間通道為沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形的形式，并且在它們的較小底處的夾角α為0.1到89.9°。所述波紋形板被連接至兩個相反的壁，前壁和后壁。所述后壁被布置成垂直于所述板的各波紋并且于是具有相等的高度，并設(shè)置有孔。一個壁中的各孔被用于將第二試劑引入電極周圍的以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的每個通道中，其中所述第二試劑例如在燃料電池的情況下的空氣，并且另一個相反的壁的各孔用于排出缺氧性混合物。在在橫截面中構(gòu)成沒有較大下底的等腰梯形的各氣體空間通道的一側(cè)上，所述支撐固體電極的波紋形板被涂覆有電極，例如在燃料電池的情況下的鎳-金屬陶瓷陽極。在電極周圍的以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰的梯形的形式被成形的各氣體空間通道另一側(cè)上，所述板被涂覆有第二相反電極，例如基于錳酸鑭鍶的陰極。具有一系列孔的金屬盒狀氣體供應(yīng)管道確保了各試劑的供應(yīng)和各反應(yīng)產(chǎn)物的排出。所述氣體供應(yīng)管道的寬度和長度與所述電池的寬度和長度一致。這些孔對應(yīng)于所述電池的在橫截面中構(gòu)成沒有較大下底的等腰梯形的波紋的上部部分中的各孔，并且以氣密方式連接至各孔的外周。氣密空間在所述平面電池中被形成，以用于經(jīng)管道引入的試劑、用于其經(jīng)過各氣體空間通道的均勻分配、并用于各廢氣穿過類似的排出氣體總管的離開。所述排出氣體總管被相對于豎直軸線旋轉(zhuǎn)180°并且在周邊處以氣密方式被連接至陶瓷部分。設(shè)置有孔的各氣體總管的平坦表面被連接至各電極。它們同時被用作集電器并且各管道被用作所述平面電池的電流端子。
【專利說明】改型平面電池和基于其的電化學裝置堆，平面電池和堆的生產(chǎn)方法及平面電池生產(chǎn)模具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于固體電解質(zhì)的高溫電化學裝置(ECD)，例如，涉及電化學發(fā)生器(燃料電池)、電解槽、轉(zhuǎn)換器、泵及其它裝置。特別地，本發(fā)明涉及這些裝置的平面電池設(shè)計、涉及具有用于例如燃料的各試劑的至少之一的氣體總管的任何ECD電池組的設(shè)計、并涉及這種設(shè)計的平面電池和堆的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]更復(fù)雜的ECD是已知的，也就是用于將燃料化學能直接轉(zhuǎn)換成電功率的固體氧化物燃料電池(SOFC)。這種電化學轉(zhuǎn)換具有高于例如在火力發(fā)電站中的常規(guī)發(fā)電的電氣性能(輸出-輸入比)。另外，電化學轉(zhuǎn)換更為環(huán)境友好，因為其減少了溫室氣體排放。單塊的固體氧化物燃料電池具有三個基本的且強制的構(gòu)件:固體電解質(zhì)，陽極和陰極，以及所謂的“連接體”。固體電解質(zhì)最常見地基于傳導(dǎo)氧離子的二氧化鋯被實現(xiàn)。陽極和陰極是電子導(dǎo)電的。連接體通常包括各平板并且被設(shè)計用于將各電池連接至電池組。常規(guī)的SOFC燃料是合成氣體，其產(chǎn)生自任何化石或合成的碳氫化合物、生物氣體、廢品，并且主要包括氫和一氧化碳。使用合成氣體作為供應(yīng)至陽極的燃料并且來自周圍空氣的氧氣作為供應(yīng)至陰極的氧化劑，下列反應(yīng)發(fā)生:
[0003]在陽極處:2H2+2Ο2— = 2H2 O +4e_ 和 2C0+2 O2_ = 2C02+4e_ ；
[0004]在陰極處:02+4e_= 2 O 2_ ;
[0005]對于作為整體的電池:2?+O2 = 2H20 +熱量、和2C0+2O2 = 2C02+熱量。
[0006]常規(guī)的SOFC利用釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)陶瓷作為電解質(zhì)。陽極為N1-YSZ-金屬陶瓷。錳酸鑭鍶(LSM)被用作陰極材料。單塊電池的電壓為大約一伏特。為增大該電壓，各電池被利用串聯(lián)電連接組裝成電池組。將各電池通過電流連接至電池組，具有電子導(dǎo)電性的各電流通道(各連接體)被使用:各陶瓷的，例如，由亞鉻酸鍶鑭制成的；或各金屬的，例如，由高鉻鋼制成的，型號Crofer22APU。
[0007]因為所有的構(gòu)件都處于固態(tài)，各SOFC可以被構(gòu)造成各種各樣的幾何形狀。
[0008]存在已知的這類電池，它們被使用在各電化學裝置中，例如，具有基于二氧化鋯的支撐固體氧化物電解質(zhì)的高溫燃料電池，它們具有固體電解質(zhì)的平面、管狀或模塊設(shè)計，這些設(shè)計要么具有被施加的氣體擴散陽極和陰極，要么具有支撐的陰極、陽極和集流總管。該模塊設(shè)計結(jié)合了管狀和平面設(shè)計的積極性質(zhì)。它們于上世紀50年代后期首次出現(xiàn)在USSR中(USSR第121169號作者證書，1957年11月18日的優(yōu)先權(quán))。
[0009]各單塊電池和各電池組的已知類似物在下列專論中被詳細描述(由M.V.Perfilyev, A.K.Demin, B.L.Kuzin, A.S.Lipilin 撰寫 的 High-temperature gaselectrolysis, ISBN 5-02-001399-4, Moscow:Science, 1988,第 232 頁；由 N.Q.Minh，T.Takahashi 撰寫的 Science and Technology of Ceramic Fuel Cells, Elsevier, 1995,第366頁)。后者的第9章第268頁圖9.27描述了單塊電池設(shè)計，其可以被實現(xiàn)為平板和波紋形板兩者。第一種設(shè)計利用波紋形的電流通道，而第二種則利用平板狀的電流通道。根據(jù)這些作者，電池和電池組設(shè)計的主要部分應(yīng)當是饋電線和供應(yīng)至它們的試劑的分配組件，以及用于結(jié)果產(chǎn)品(氣體引線)和電流引線的牽引器組件。沒有它們，各電池、電池組和ECD將不起作用。另外，沒有它們的話估算具體特性是不可能的，例如，用于設(shè)計比較和確定它們的應(yīng)用所需的kW/Ι ;kW/kg。
[0010]管狀電解質(zhì)的制造方法是已知的(見DE 10 2010 001 988 Al)，在該方法中電解質(zhì)塊被注射到型芯和模具之間的空間中。該方法被設(shè)計用于管狀SOFC的形成，也就是，用于各半電池，即各薄層電池和各集流總管-較厚的固體支撐電解質(zhì)上的連接體。因為，根據(jù)圖2，電解質(zhì)塊(1a)填充金屬模具空間(12)，如果該空間是由金屬芯(13)和模鑄用拼合式模具(11a，Ilb)沿著被成型的電池構(gòu)成的話，電解質(zhì)厚度不能小于100 μ m。模具通過兩個部分的分離而被打開，而型芯通過溶解其基礎(chǔ)而被去除。用于電解質(zhì)塊注射的某些參數(shù)，以及被形成的固體電解質(zhì)的厚度，在該原始資料中未被指定。
[0011]文獻WO 00/69008 Al描述了具有半電池的多層設(shè)計的燃料電池，包括不是分開制造的優(yōu)選厚度從15到25 μ m的固體電解質(zhì)層和優(yōu)選厚度不小于500 μ m、最佳厚度為300μπι的支撐電極，例如，Ni/YSZ陽極。另外，又一個氧化錳基的層應(yīng)當被形成在它們之間，特別是具有從0.1到5% (原子)的優(yōu)選金屬含量。此中間層被需要以便避免包含小于5% (摩爾)的Y2O3的ZrO2基的四方晶格固體電解質(zhì)的馬氏體相在隨著加熱和冷卻到1400°C的結(jié)構(gòu)形成期間轉(zhuǎn)變成單斜晶結(jié)構(gòu)，因為這種轉(zhuǎn)變是由空間變化和破裂伴隨的。為形成該半電池設(shè)計，薄層膜通過流延成型產(chǎn)生并且該中間層(氧化錳基的)借助于空氣擴散或其它有成本效益的受控方法被形成。該原始資料既沒有揭示關(guān)于注射至鑄模中的信息也沒有揭示后來的支撐結(jié)構(gòu)變形。另外，該方法的某些階段和工藝流程模式中的任一個都沒有被指定。在本文中，這些結(jié)構(gòu)僅能夠通過顯微鏡被檢查，并且只能猜測它們對SOFC電化學特性的影響，假如這些結(jié)構(gòu)在燃料電池制造中通常是可重復(fù)生產(chǎn)的話。
[0012]文獻WO 2009/014775 A2公開了具有金屬支撐層的燃料電池，該金屬支撐層由金屬粉末混合物、粘接劑和成孔劑通過膜制造的噴灑方法、壓鑄或類似方法產(chǎn)生。在成孔劑被氣化后，金屬粉末被燒結(jié)從而產(chǎn)生固體層。該專利保護包含用于SOFC中的眾多構(gòu)件和材料的多層構(gòu)造(該專利的權(quán)利要求1-27)。該專利還保護這些結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法(該專利的權(quán)利要求28-61)。然而，該結(jié)構(gòu)僅能夠在顯微鏡下被檢查。漿料熱噴射至鑄造模具中沒有被公開。
[0013]本發(fā)明的最接近的類似方案和原型是2009年2月12日公布的專利US2009/0042076 Al “改型平面電池(MPC)和基于MPC的堆”(美國專利和商標局序列號N0.11/889062、2007 年 8 月 8 日提交的“Modified Planar Cell(MPC) and Stack based onMPC")中的結(jié)構(gòu)。
[0014]該專利描述了波狀結(jié)構(gòu)的單塊SOFC電池，和包括復(fù)數(shù)個該單塊電池的電池組。然而，該專利僅提及了用于電池的YSZ電解質(zhì)陶瓷毛坯的一種可行的制造技術(shù)，其中隨后通過涂覆施加電極。
[0015]在E⑶制造中，特別是在SOFC制造中，基于釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)或鈧穩(wěn)定氧化鋯(ScSZ)的薄陶瓷層、和基于二氧化鈰或基于鎵酸鑭的非常規(guī)固體電解質(zhì)被最常見地用作固體電解質(zhì)。平面設(shè)計相比于管狀設(shè)計的主要優(yōu)點，是電池在電池組內(nèi)的高填裝密度(工作表面與體積的高比率(S/V- (cm2/cm3)或1/cm)。各電化學電池構(gòu)件(陰極、固體電解質(zhì)、陽極)之一對電池的機械強度負責。在這種情況下，當厚度大于工作(所需的)厚度的固體電解質(zhì)對機械強度負責時，電池組的各電池和相同結(jié)構(gòu)可以利用支撐電解質(zhì)被實現(xiàn)。其時，固體電解質(zhì)具有支撐陽極(最常見地由鎳-金屬陶瓷-即Ni+YSZ制成)或陰極(由錳酸鑭鍶-即LSM制成)，它們因此具有較大厚度。
[0016]對于電化學裝置的靜態(tài)使用而言最高效和最經(jīng)濟的是將機械強度功能轉(zhuǎn)移到由多孔的金屬陶瓷構(gòu)成的集流總管。對于各電池到電池組(ECD)的連接而言，要么陶瓷的要么鋼的電流通道被頻繁使用，其在面對相反電極的接觸表面處具有源自同一電極材料的涂層。
[0017]形成平面和管狀電池的最流行的方法是:石膏模具粉漿澆鑄(由粉末材料水漿料)，由基于丁醛樹脂(流延成型(類似物))的泥釉的薄膜鑄造以及由基于石蠟(粉末材料的熱石蠟漿料)的泥釉鑄入冷鋼模具(原型)中的電池熱鑄造。在最后的情形中，電池結(jié)構(gòu)陶瓷毛坯利用陶瓷注射鑄造方法(CIM)注射至金屬模具中而由粉末例如YSZ形成，并且然后其被燒結(jié)直至緊致(http://www.solidcell, com)。
[0018]平面結(jié)構(gòu)類似物和原型的缺點可能是氣體總管在電池和電池組中試劑的輸入和輸出處的密封連接的復(fù)雜性，和相比于工作面積(1/S - cm/cm2或Ι/cm)而言更長的密封連接接縫。因為對于這種結(jié)構(gòu)而言不相似的材料的密封連接是必需的，其不僅使電池的制造更為復(fù)雜，而且降低了 ECD的總體可靠性并減少了其工作壽命。
[0019]該方法的缺點包括無法以最小的可重復(fù)生產(chǎn)的內(nèi)部值(可重復(fù)生產(chǎn)的電池壁厚并且小于0.4-0.5mm的壁厚)制造電池?；旧?，該方法在已知的且用于電子工業(yè)中的裝備上的原型允許生產(chǎn)具有薄于0.1-0.2_的壁的物品(鑄造陶瓷電容器)。然而，它們的幾何形狀和以_為單位的尺寸不能滿足具有75-lOOcm2的最小工作面積的高溫電化學的電池的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是消除電池、電池組及所建議的電池設(shè)計的制造方法與模具的上述缺點。
[0021]具有氣體總管的改型平面電池設(shè)計和電池組意在結(jié)合平面的和管狀的結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵優(yōu)點，并且具有相比于平面結(jié)構(gòu)的更高的填裝密度、以及相比于管狀結(jié)構(gòu)的陽極和陰極氣體空間的結(jié)構(gòu)性氣密分離。
[0022]該任務(wù)集借助于各獨立權(quán)利要求的特征被解決。
[0023]根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了改型平面電池，其具有(至少)一個固體電解質(zhì)、(至少)一個陽極和(至少)一個陰極，其中所述固體電解質(zhì)、陽極和陰極形成了由復(fù)數(shù)個波構(gòu)成的波狀板，所述波形成了用于一種試劑的以相等高度的或沒有較大下底的等腰梯形形式的通道、和用于另一種試劑的以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的通道。
[0024]詞語“上”、“下”、“豎直”等在本申請中僅被用于借助某種空間布置，例如在附圖中呈現(xiàn)的，來描述相應(yīng)物體。在該常規(guī)布置下，上述板的平面通常被水平地設(shè)置。根據(jù)整個發(fā)明，這并未指定任何嚴格邊界且并未排除各物體的任何確定的空間布置。對“豎直位置”等的提及，涉及由上述的板所描述的整個平面。
[0025]具有用于各試劑的梯形通道，上述平面電池的制造過程可以被簡化。這又借助于所包括的各構(gòu)件的更均勻的層厚導(dǎo)致了各功能特性的改善，并導(dǎo)致了機械強度的增加。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，梯形通道的各側(cè)邊和平面電池的相應(yīng)基礎(chǔ)之間的夾角通常在大約
0.1°到大約89.9°的范圍內(nèi)。特別地，該夾角可以超過大約0.5°、超過大約1.0°、超過大約2.0°或超過大約5.0°。
[0027]所述波狀板的邊緣優(yōu)選被實現(xiàn)為被倒圓的邊緣以避免在材料上具有相應(yīng)負荷的尖銳彎角。
[0028]所述固體電解質(zhì)可以特別地表現(xiàn)為或包含固體氧化物。
[0029]另外，所述改型平面電池優(yōu)選包含用于各平面電池構(gòu)件的確保導(dǎo)電性的連接的電流通道。這種情況下所述電流通道可以是金屬的或氧化物的。
[0030]另外，所述改型平面電池還優(yōu)選包含用于所需的反應(yīng)氣體供應(yīng)、各反應(yīng)產(chǎn)物移除或產(chǎn)生的電流集取的電流/氣體引線。所述電流/氣體引線優(yōu)選是電子導(dǎo)電的。
[0031]為達到足夠的穩(wěn)定性，所述平面電池的波狀板通常被實現(xiàn)為支撐的板。在這方面，可允許的負荷可以通過聯(lián)合使用若干構(gòu)件(固體電解質(zhì)，陽極，陰極和/或電流通道)而實現(xiàn)。這些構(gòu)件的至少之一優(yōu)選被實現(xiàn)為獨立支撐的(即被提供有足夠高的厚度的層)，而其它各構(gòu)件優(yōu)選不由其自身支撐的。
[0032]各所述波狀板通道優(yōu)選從頂部和/或從底部利用橫向的壁和/或表面被封閉。這種情況下，為供應(yīng)或移除各試劑，各橫向壁、頂部和底部表面和/或在梯形通道的底處可以具有孔口，它們與氣體總管的或(平面電池電池組內(nèi)的)其它改型平面電池的相應(yīng)孔口一致。各橫向壁、頂部和底部表面優(yōu)選是例如氣體總管或電流通道的其它構(gòu)件的部分。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，各所述改型平面電池通道還可以是在較大的梯形底處向上或向下開放的，以便允許與反應(yīng)氣體(例如，空氣)直接接觸(見圖10，11)。
[0034]在運行期間燃料穿過各所述平面電池通道。為供給燃料或移除其殘余物，任一輸入氣體總管和/或輸出氣體總管可以被設(shè)置。在這方面，所述輸出氣體總管優(yōu)選倚靠所述輸入氣體總管軸線被旋轉(zhuǎn)180°。這意味著所述輸出氣體總管從所述通道的一個端部收集氣體，所述端部與所述輸入氣體總管允許燃料氣體進入所述通道的那個端部相反。除了其被翻轉(zhuǎn)的或鏡像的布置之外，所述輸入和輸出氣體總管應(yīng)當優(yōu)選具有相同的結(jié)構(gòu)。
[0035]所述平面電池的波狀板內(nèi)的各通道應(yīng)當通常從它們的上側(cè)或下側(cè)被封閉。這可以例如借助于所述氣體總管的位于所述通道處和/或低于所述通道的平坦表面被實現(xiàn)。另夕卜，所述氣體總管的該平坦表面應(yīng)當優(yōu)選被連接到各板電極以便同時既充當所述集流總管又充當所述平面電池的集流夾鉗。
[0036]通常，所述改型平面電池的陽極和/或陰極是氣體擴散的。
[0037]所述改型平面電池的陽極和陰極通常被布置在所述波狀板的不同側(cè)面和/或不同表面上，使得所述固體電解質(zhì)被放置在它們之間，并且它們一起構(gòu)成所述電化學電池。
[0038]所述改型平面電池的波狀板可以嚴格地具有一個陽極和/或嚴格地具有一個陰極。
[0039]然而，所述平面電池的某些實施方式包括若干對相反的電極(即陽極和陰極)，使得在每對中它們沿著所述波狀板的至少一個通道被布置(陽極和陰極在所述通道壁的不同表面)。這種情況下，由于以這種方式形成的各電池的適當?shù)拇?lián)電連接，更高的電壓可以在所述平面結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)。各電極優(yōu)選被布置有朝向所述固體電解質(zhì)的不同側(cè)的移位，使得它們可以借助于穿過固體電解質(zhì)的連接體(圖7，位置22)被連接。
[0040]所述優(yōu)選實施方式包括表現(xiàn)為被串聯(lián)電互連的電化學電池的至少兩個陰極和至少兩個陽極。在這方面，它們要么逐點地通過所述電流通道(連接體)被連接，要么陽極被沿著整個寬度/長度與隨后的電池的陰極連接。
[0041]作為選項，若干改型平面電池可以被整合成所述電池組。這種情況下，組裝可以在任何方向上被執(zhí)行，特別是在橫向方向上(隨著通道數(shù)目的增加，見圖1 O)、縱向方向上(隨著各通道的延長，見圖11)和/或在上升方向上(垂直于所述波狀板平面，見圖6)。在這些情況中，提供所述氣體總管和各電流通道的適當對準是有必要的。
[0042]本發(fā)明提供了單塊固體氧化物電池的新結(jié)構(gòu)，利用SOFC平面設(shè)計的基本的原理，也就是電池組零件序列:陽極、電解質(zhì)、陰極以及電流通道，從而呈現(xiàn)了電池組分的新修改。因此，該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為改型平面固體氧化物燃料電池。同時所述電池的機械和電特性被改善，因為具有在拐角處集中的機械應(yīng)力并且具有電極在矩形脊處的減薄化的各氣體通道的矩形結(jié)構(gòu)已被取代。該減薄化導(dǎo)致所述電池和電池組的內(nèi)部阻抗的增大。這種情況下，大量的固體電解質(zhì)壁還導(dǎo)致填裝密度的增大和具體電池特性的改善。為校準空間壓力和例如SOFC中的燃料與空氣的流動速度，所述空氣通道在截面中應(yīng)當是兩倍大。用于試劑輸入和產(chǎn)物反應(yīng)輸出的各孔口在截面中以相同的方式相異。
[0043]這種情況下所建議的結(jié)構(gòu)在各電池之間和沿著每個電池的電極表面都確保了均勻的氣流分配。
[0044]各作者還提供了所述結(jié)構(gòu)的形成方法。所建議的結(jié)構(gòu)包括用于所述電池的波狀電化學部分并用于其連接至前壁和后壁的至少一個三層的膜(陽極-電解質(zhì)-陰極)，所述前壁和后壁由電解質(zhì)膜制成或由用于穿孔的平坦前壁和后壁的結(jié)構(gòu)材料制成，一種或兩種試劑通過所述穿孔的平坦前壁和后壁被供給。同時對于一種或兩種試劑而言，所述氣體總管可以要么從所述電池的上側(cè)和下側(cè)(如果各電池沿著它們的豎直軸線被連接到所述電池組的話)、要么從其前壁和后壁被布置。所述電池的該實施方式不僅允許平行供給所述氧化劑，而且與所述原型不同地，允許平行供給所述燃料至所述電池組中。這提高了試劑供給的均勻性和空間壓力的均勻性。結(jié)果，從現(xiàn)在開始沒有必要限制電池組內(nèi)的電池的數(shù)量。這種情況下，具有由各作者選定的各層的功能性厚度的薄膜電池的形成方法還導(dǎo)致內(nèi)部電池阻抗的下降、它們的填裝密度的增大和所述電池的具體特性及其能量性能的增強。
[0045]所述電池組的另一實施方式暗示了具有多通道電池結(jié)構(gòu)的固體電解質(zhì)。各單塊電池的相反電極被施加到所述通道或通道集的每個壁，并且被串聯(lián)地電連接。該工程方案允許
[0046]-更高電壓電池組的生產(chǎn)，其產(chǎn)生更小的電流，而材料消耗是相同的，
[0047]-各電池組沿著水平軸線連接成堆，而不需要常規(guī)的平坦連接體，
[0048]-單塊電池由于所述通道長度的增大而致的面積擴展。從而，電氣性能得以維持。
[0049]該電池組實施方式還允許產(chǎn)生的電壓的額外建立，從而增加被布置在(多于一個)通道壁上的電池的數(shù)量。
[0050]各作者建議了用于所述結(jié)構(gòu)的通過熱鋼模具澆鑄的形成方法。在這方面，用于粉漿澆鑄的更高速度被使用。所使用的模具利用在填充區(qū)域內(nèi)的可動梯形板確保了改型平面電池的制造。
[0051]以所有構(gòu)件的能夠?qū)崿F(xiàn)功能的厚度值形成薄膜ECD的方法的另一實施方式是流延成型技術(shù)。
[0052]應(yīng)被指出的是，在本專利權(quán)利要求中或在實例性實施方式中所述的各實施方式的所有特征與其它特征一起具有獨立的含義，并且因此可以成為本專利權(quán)利要求的主題，而不管它們被連同一起提及的任何其它特征。

【具體實施方式】
[0053]本發(fā)明利用示于附圖中的各實施方式被詳細描述，也就是:
[0054]改型平面電池在圖1中被示出(第一實施方式)。改型平面電池包含支撐固體電解質(zhì)I和各電極(陰極2和陽極3)。該平面電池的工作部分被實現(xiàn)為波狀板4，其具有至少三個層。三層的板4包括相等高度的奇數(shù)個JI形波5。各波5在底部處利用平坦連接器6被互連，平坦連接器6在各波5之間形成了 L’形氣體空間/通道。每個Jl形波5在截面中是沒有下底的等腰梯形，并且利用各平坦連接器6被連接至相鄰的JI形波5。其時，Ir:形氣體空間在截面中以沒有上底且上面敞開的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形的形式出現(xiàn)。
[0055]為形成均勻氣體供應(yīng)系統(tǒng)的各氣體通道以及例如在E⑶運行于燃料電池模式期間生成的電流集取，該電池的活性的電化學部分被與輸入和輸出(出口)氣體總管16連接，并且相應(yīng)地被與用于燃料供應(yīng)和反應(yīng)產(chǎn)物移除的管道17連接。如果各管道17由金屬制成，那么它們同時充當平面電池的集電器(夾鉗)。各管道17被布置在盒狀的氣體總管16中并且具有用于試劑氣流沿著各孔口 9在平面電池內(nèi)均勻分配的孔口。各管道17被機械和電連接至具有孔口 20的氣體分配板及氣體總管盒，并因此確保了從管道17的外部部分利用發(fā)電電池組的有效電流集取。
[0056]圖2示出了在梯形的側(cè)邊和較小底之間的拐角倒圓點處以波狀板4的陶瓷截面形式的各截面JI (L')。各倒圓是必要的以便排除導(dǎo)致破裂的機械應(yīng)力集中的那些點，并且實現(xiàn)在這些點內(nèi)被涂覆的各電極的相等厚度。圖2以不同的實施方式(本專利的權(quán)利要求6-9)示出了平面電池電化學區(qū)域的單一 JI形通道的各截面A (圖1)，它們是:
[0057]a -支撐固體電解質(zhì)；b -支撐陰極；c -支撐陽極；d -例如，支撐陽極集流總管(這種情況下數(shù)字1，2和3分別指的是固體電解質(zhì)，陰極和陽極，而數(shù)字4指的是陽極集流總管)。具有支撐陰極集流總管的類似結(jié)構(gòu)是可行的。當以能夠?qū)崿F(xiàn)功能的厚度值形成薄膜電池的電化學部分時，該平面電池由于空間壓降(其在這里的意思是在陽極和陰極空間內(nèi)的壓力)而被暴露于機械應(yīng)力。這種情況下，壓降由試劑的各種經(jīng)過的氣流導(dǎo)致。
[0058]為校準該空間壓降，氣體通道的寬度值hi和h2被使得與試劑氣流成比例(圖2d)。梯形的側(cè)邊和較小底之間的夾角α可以從0.1到89.9°變化。如果該夾角小于
0.1° (拔模斜度)，實際上不可能制造此結(jié)構(gòu)的該部分(見圖3-原型)。
[0059]同時該夾角可以增大到89.9°。當α等于90°時，具有JI形波5的電池被變形成平面電池的平板4。由波狀板4形成的平面電池的前面和后面部分利用由固體電解質(zhì)或結(jié)構(gòu)陶瓷制成的平坦的橫向壁7被限制。每一個橫向壁7具有通往SOFC中各JI形波5之間的各空間IT的孔口 8。它們被計劃用于空氣供應(yīng)和缺氧性混合物移除。在每個JI形波5的頂部處有用于燃料供應(yīng)的孔口 9，其通往JI形波5的內(nèi)部空間。與改型平面電池表面相連的固體電解質(zhì)I被覆蓋有多孔陰極2的層。僅沿著平面電池的下部周邊的側(cè)面和底部表面上的區(qū)域10及在JI形波5的端部處的區(qū)域11保持未被涂覆，區(qū)域11包括圍繞上部孔口 9的那些區(qū)域。與改型平面電池的下部表面相連，固體電解質(zhì)I除了在電解質(zhì)的底部處沿著下部內(nèi)周邊的條帶12外被涂覆有由多孔陽極3構(gòu)成的層。
[0060]平面電池前面部分中的各孔口 8被計劃用于空氣供應(yīng)，而平面電池后面部分中的各孔口 8則用于廢氣移除。廢氣是缺氧性混合物02+N2 (具有降低的氧含量)。每個空氣通道13由各JI形波5和電流通道之間的If:形空間、或由界定陰極空間的平坦的電絕緣板形成。電流通道緊靠平面電池的頂部。各孔口 9被計劃用于燃料供應(yīng)。每個燃料通道14由Jl形波5和電流通道的內(nèi)部空間、或由界定陽極空間的平坦的電絕緣板形成。電流通道緊靠平面電池的底部。
[0061]該平面電池的第五實施方式(本專利的權(quán)利要求10)在圖4中示出。
[0062]這種情況下，具有電化學部分15，例如，具有支撐固體電解質(zhì)和各電極(陰極和陽極)的改型平面電池，包含用于在平面電池的具有增大面積的活性部分上的改型電流分配的氣體和集流總管。氣體和集流總管以平面電子導(dǎo)電板16的形式被實現(xiàn)，平面電子導(dǎo)電板16的長度和寬度相當于具有供氣管道17的電化學平面電池的長度和寬度。板16具有用于燃料供應(yīng)的公共孔口和復(fù)數(shù)個孔口 20。該公共孔口被沿著該板的一側(cè)(在前面或在后面)設(shè)置。各孔口 20透入表面以用于與平面電池的活性部分連接并用于穿過SOFC的每個JI形通道的各輸入孔口 9的流量分配?？卓?20和9被氣密地連接，形成了平面電池的陽極空間，同時電化學部分15與輸出氣體和集流總管沿著周邊例如利用玻璃密封劑21氣密地連接。燃料經(jīng)過輸入氣體和集流總管16來到，經(jīng)過各孔口 20均勻地分配，并且進入平面電池的電化學部分。在穿過各JI形通道后，各反應(yīng)產(chǎn)物(燃料殘余物)穿過下部氣體和集流總管的各孔口 20來到外面。各管道17被計劃用于將燃料供應(yīng)至氣體和集流總管的公共孔口中，以及用于試劑移除，并且都可以達到平面電池的橫向表面，以及前表面和后表面。
[0063]平面電池的第六實施方式在圖5中示出。
[0064]這種情況下，具有電化學部分15，例如，具有支撐固體電解質(zhì)I和各電極(陰極2和陽極3)的改型平面電池，具有兩排孔口:一排，例如，上部那排，包括由固體電解質(zhì)或結(jié)構(gòu)陶瓷制成的前壁和后壁7中的用于將燃料供應(yīng)至各JI形通道中的孔口 9。另一排，例如，下部那排，包含用于將空氣供應(yīng)至各:T形SOFC通道中并用于將缺氧性混合物從平面電池移除的較大截面的孔口 8。下部排和上部排孔口位于后面的橫向壁上。如果電池組由各電池沿著豎直軸線串聯(lián)制造，使用平面電池電化學部分的結(jié)構(gòu)作為末端電池是合理的。上部氣體和集流總管16由電子導(dǎo)電材料，例如，高鉻鋼，例如Crofer22APU制造。其被與平面電池(陰極)連接并確保了燃料供給。下部氣體和集流總管16類似于上部氣體和集流總管，其被與電池的陽極連接并且，例如，確保了各燃料殘余物的移除。根據(jù)所有在前的實施方式，各電池具有JI形燃料通道，其截面小于SOFC的If:形空氣通道截面。它們的橫截面與氣流成比例。
[0065]為了各平面電池的串聯(lián)電連接，以及為了更高電壓的產(chǎn)生，各平面電池(變體)可以沿著豎直軸線被組裝成電池組(第一變體)。這種情況下每個隨后的電池被旋轉(zhuǎn)180°，圖6 (作為實例，該圖示出了平面電池的第一實施方式)。
[0066]該電池組包括若干電池15 (作為實例僅兩個電池被示出)并且具有輸入和輸出氣體總管16，輸入和輸出氣體總管帶有用于相應(yīng)地燃料供應(yīng)和各反應(yīng)產(chǎn)物移除的管道17。各管道17同時充當電池組的集電器(夾鉗)。各盒狀的氣體總管16內(nèi)側(cè)的各管道17具有用于試劑氣流通過各孔口 9在平面電池中均勻分配的孔口。這些管道17被與具有孔口 20的氣體分配板和氣體總管盒16機械和電連接，于是確保了發(fā)電電池組利用管道17的外部部分的有效電流集取。各氣體總管盒16被附裝至平面電池。這些電池被與電流通道的板18互連。電流通道表現(xiàn)為平板18，其長度和寬度與每個平面電池的長度和寬度一致。板18在各孔口 19附近被與平面電池的頂部連接使得其各孔口 19與平面電池的上排JI形波5中的相應(yīng)的孔口 9 一致。用于燃料供應(yīng)和各反應(yīng)產(chǎn)物移除的各孔口 20也在幾何上與平面電池的各孔口 9 一致。
[0067]電池組中各平面電池、各電流通道和各氣體總管的密封連接，通過在平面電池的上部陶瓷邊緣和電流通道的上部板18的下部邊緣之間的、以及在各上部孔口 9周圍的區(qū)域內(nèi)在上部平面電池的上部陶瓷邊緣和輸入總管16之間的各連接點處沿著各孔口 9、19、20的周邊利用玻璃密封劑連接而實現(xiàn)。這些連接在平面電池和電流通道的板18的底部之間、或在平面電池和輸入總管16的底部之間產(chǎn)生氣密密封。為在波狀板4抵靠各孔口表面的平面電池的上部陶瓷邊緣和電流通道的上部板18的下部邊緣之間的、以及在抵靠各孔口表面的上部平面電池的上部陶瓷邊緣和輸入總管16之間的各連接點處達到足夠的強度，該連接也被利用玻璃密封劑形成。這些連接可能泄露。利用玻璃密封劑21的氣密連接外圍地沿著第一平面電池的下部邊緣的周邊、和電流通道18的板的上部邊緣并且在第二平面電池(或電池組中的末端電池)的下部邊緣和輸出總管16之間被形成。這些連接在第一平面電池和電流通道的底部板18之間、以及在第二平面電池和輸出總管16之間產(chǎn)生氣密密封。燃料進入管道17 -即輸入總管16的集電器-并且從輸入歧管16的下側(cè)開始穿過多個孔口 20，并從平面電池上側(cè)穿過多個孔口 9，流動至平面電池的各陽極通道中。該流沿著通道移動并且在通道的末端處穿過電流通道板18中的多個孔口 19、并穿過第二平面電池上側(cè)的多個孔口 9流動到下一個平面電池。為確保連續(xù)的燃料流從上部平面電池穿過燃料通道到相鄰的下部平面電池，接合的各平面電池沿著它們的豎直軸線相對于彼此被旋轉(zhuǎn)180°。陽極廢氣穿過排氣總管16上側(cè)的多個孔口 20并且穿過作為輸出總管16的集電器的管道17從電池組的最后的平面電池中出來?？諝饬鬟M入平面電池的前壁中的各孔口 8中并且從該平面電池的相反側(cè)上的類似孔口 8中出來。圖6示出了氣體和集流總管16的截面。每個總管包括管道-即集電器17-及與平面電池相同長度和寬度的矩形的盒。管道17被建立在盒的一個壁上，于是形成朝向盒的相對壁的氣流。本體的該相對壁具有復(fù)數(shù)個孔口 20，它們與平面電池上側(cè)中的一排孔口對齊。上部氣體總管16被計劃用于將燃料注射至電池組中，而下部那個則用于將陽極廢氣從電池組中移除。該總管由與固體電解質(zhì)和電流通道的各材料相容的材料制造。
[0068]圖7示出電池組的第二實施方式。
[0069]在結(jié)構(gòu)上，電化學和陶瓷部分、燃料分配、燃料和氧化劑供應(yīng)組件、以及試劑移除組件以與單塊電池的相應(yīng)部分類似的方式被實現(xiàn)。然而，由固體電解質(zhì)制成的波狀板4(見原型，圖3和圖1，4，5)具有若干對電極，而不是其中一個作為頂部處的陰極而第二個作為底部處的陽極的兩個電極。這樣，一個陶瓷毛坯可以表現(xiàn)為一個S0FC，其包括五個JI形燃料通道和四個ir形空氣通道，或者這種陶瓷毛坯可以表現(xiàn)為兩個電池的電池組，如果左電池(2.5個JI形通道)的陽極被與右電池(2.5個JI形通道)的陰極和第三JI形燃料通道電連接的話。該電池組由五個電池形成，如果每個JI形燃料通道是電池的話，并且它們的串聯(lián)電連接是在前電池的陽極與隨后電池的陰極連接-即在每個形空氣通道的底部處被實現(xiàn)。如果各通道的每個壁表現(xiàn)為電化學電池，那么其串聯(lián)電連接同時在每個If:形空氣通道的底部處和每個JI形燃料通道的頂部處被形成(見圖7)，10個電池的電池組將被形成。如果每個壁具有兩個、三個和多個被連接的電池，那么相應(yīng)數(shù)目的平面電池的電池組將被形成。這在無損于電氣性能的情況下允許電池組尺寸方面同時在高度、寬度(多個通道)和在長度上的增大，并且允許通過增加電壓和減小電流而使容量擴大。這減小了歐姆損耗、材料消耗和重量特性。這種電池組的電連接要么水平橫向地(增加多個通道)、要么如在第一實施方式中和在圖6中那樣照常地-即豎直地被實現(xiàn)。在這方面，電流通道(連接體)的材料被取代為電絕緣(結(jié)構(gòu)的)材料，例如來自基于Al2O3或Al2MgO4 (氧化鎂鋁)尖晶石的氧化物陶瓷。因此，通過電流而連接了各電池的板18便失去其功能并充當機械連接各模塊化電池組的分隔板，分隔并形成氣流。類似地,氣體和集流總管失去集流總管功能(電子導(dǎo)電性)并且僅執(zhí)行氣體總管功能。那就是其為何由電絕緣材料制造的原因。
[0070]根據(jù)本申請的作者，用于該改型平面電池支撐構(gòu)件(第一實施方式)的合理的形成方法之一是例如基于石蠟的熱粉漿澆鑄方法，鑄入冷鋼模具中(陶瓷注射成型- CM)。熱粉漿澆鑄發(fā)生在提供其流動性的溫度下。這種情況下，用于具有足夠機械強度的固體電解質(zhì)層(100 - 150 μ m)的形成的臨界因子是在所需量的粉漿的澆鑄下的澆鑄時間:粉漿不應(yīng)當在其穿過在冷鋼板之間的細小間隙期間被冷凍(硬化)，而應(yīng)當保持液態(tài)使得其在狹窄的通道內(nèi)流動并且融合以形成電池。這種情況下流動的層流性條件應(yīng)當遵守。為實現(xiàn)更均質(zhì)的(在密度方面)澆鑄，該填充過程被以全速執(zhí)行。這可以通過正被澆鑄的粉漿的壓力和溫度的增大而實現(xiàn)。
[0071]如在權(quán)利要求6 中所要保護的，為制造具有150 μ m厚的支撐固體電解質(zhì)的改型平面電池，用于包含YSZ粉末的所需份的粉漿的注射時間應(yīng)當小于0.2秒，因為熱的粉漿流應(yīng)當穿過模具的狹窄通道并融合，以形成平面電池的波狀板4。在這方面，各個流應(yīng)當既不俘獲空氣也不產(chǎn)生湍流，因為在這些澆鑄點(電池毛坯)處將出現(xiàn)多孔性和降低的密度。這對于在電池結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)當是致密的并且沒有開放貫穿的多孔性的固體電解質(zhì)的澆鑄而言具有特別的重要性。為達到鑄件毛坯的更高密度，粉漿中的增塑劑部分通常被減少。這通過注射Autol、鹵蠟和樹脂而實現(xiàn)。在從模具中被取出后，毛坯可以經(jīng)歷機械處理以形成其最終形狀(各孔口、各通道、各陶瓷通道的尖銳邊緣的倒圓等的形成)。可取出性通過模具斜度實現(xiàn)，也就是由于用于所要求保護的平面電池的波狀板4的梯形的側(cè)邊和較小底之間的夾角α (見圖1)。一旦鑄件被取出，石蠟通常就被氣化，跟隨有在毛坯被燒結(jié)的過程中的高溫燃燒，即其密度被增大，同時其多孔性被減低。此過程伴隨有毛坯幾何尺寸的減小(收縮)。
[0072]在具有支撐陰極、陽極或集流總管的改型平面電池毛坯的澆鑄期間，和在具有確保機械強度的300 - 500 μ m厚度的SOFC支撐構(gòu)件的層的形成期間，所需量的粉漿在0.2 -1.0秒內(nèi)被注射至模具中而沒有違反正被澆鑄的流的層流性要求。這種情況下，粉漿將包含來自支撐構(gòu)件材料的粉末。因為各毛坯具有較厚的壁并且應(yīng)當在燒結(jié)后保持多孔，因此對于澆鑄的要求并不那么嚴格。在這方面，沒有必要以增大的壓力執(zhí)行該過程少于0.2秒，并且執(zhí)行該過程超過一秒鐘是沒有用的，因為否則的話在毛坯結(jié)構(gòu)內(nèi)的粉漿流將不倒塌。
[0073]形成改型平面電池結(jié)構(gòu)的另一合理方法(第二實施方式)是工業(yè)化的流延成型方法。由熱塑性塑料粉漿(例如，聚乙烯醇縮丁醛基的)澆鑄的40-100 μ m厚的固體電解質(zhì)膜(ScSZ，YSZ)的一側(cè)被涂覆有功能性陰極層，而另一側(cè)被涂覆有功能性陽極層。該涂覆是通過例如周期性噴淋(流延成型)、絲印(絲網(wǎng)印刷)、鍛軋或其組合的方法實現(xiàn)。根據(jù)圖
1、4和5，任何涂覆方法都適合于平面電池。根據(jù)圖7，絲印(絲網(wǎng)印刷)和鍛軋適合于電池組。這種情況下相反的電極被施加有確保各平面電池的串聯(lián)電連接的移位。平面電池的波狀的三層板或具有電極(例如，電極寬度等于JI形通道的高度，圖7)的電池組板在特定裝置內(nèi)被確定形狀。該板被附裝至由在0.2 - 0.4GPa的壓力下以高達90 - 110°C的溫度加熱的電絕緣的結(jié)構(gòu)材料膜制成的前壁和后壁7(圖1)，并且用于氧化劑和燃料的各孔口 8-9被形成。這跟隨有共同燒結(jié)(共燒)。在此之后該毛坯被用于電池組的組裝(氣體總管和電開關(guān)的連接)。
[0074]為執(zhí)行第一方法-即如權(quán)利要求6中所要求保護的改型平面電池的熱澆鑄-鋼模具是必需的(見圖8)，其確保了單塊電池毛坯(鑄件)結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。
[0075]該模具包括鋼本體I，其具有使可動的成型板能夠利用把手2相對于不可動的板運動的機構(gòu)。具有螺紋連接的把手3被設(shè)置用于模具的拆開和鑄件的取出。
[0076]圖9在截面中示出了該模具，其說明了具有改型平面電池結(jié)構(gòu)的電池4的澆鑄成型。可動的板5具有平面平行的和帶夾角α的梯形的部分，該夾角α在電池波狀部分的Jl形和Ι:形氣體空間(見圖1的位置4)的形成期間確保了模具斜度。相對于不可動的板6移動的可動的板5的平面平行部分在澆鑄后鑄件取出期間是必需的。當可動的板5被取走時，不可動的板7確保了鑄件的保持，而在模具的拆開期間當鑄件被從模具中取出時板8確保了鑄件的保持。
[0077]這樣，這些發(fā)明的集合確保了改型平面電池的制造，該改型平面電池具有(任選地支撐)固體電解質(zhì)，例如，基于二氧化鋯(YSZ，ScSZ)的，具有(任選地支撐)陰極、(任選地支撐)陽極和(任選地支撐)集流總管，這不僅確保了特定特性(W/Cm2，Cm/Cm2，kW/l，kff/kg)的改進，而且確保了電化學裝置的面向消費者的性質(zhì)，也就是更好的可靠性和延長的服務(wù)壽命。
[0078]圖10示出了在橫向方向上整合成電池組的兩個改型平面電池。各平面電池可以包含例如類似于圖7的若干對陽極和陰極。在每個單塊平面電池中，每側(cè)上的通道利用橫向壁被封閉，這種情況下，在橫向壁中通向具有較大下底的每個通道的入口由孔口 9提供。所有這些通道的下側(cè)利用氣體總管板16被封閉。具有較大上底的那些通道的上側(cè)可以任選地保持敞開，提供了用于空氣到達這些通道的直接入口。另外，這些氣體總管通道被附裝至橫向表面，這種情況下，各氣體總管的各孔口 20被與橫向壁的孔口 9連接。兩個改型平面電池都通過波狀板的橫向壁15.2上的觸點被電連接。為實現(xiàn)將燃料同步地供應(yīng)至各波狀板通道中，用于試劑供給和移除的氣體總管被互連。
[0079]圖11示出了根據(jù)圖10的電池組變體，其中兩個改型平面電池被縱向連接成電池組。為實現(xiàn)將燃料逐步地供給至各波狀板通道中，各波狀板通道借助于相鄰電池的前壁和后壁被互連，這種情況下串聯(lián)或并聯(lián)電連接借助于穿過各表面15.2的觸點而實現(xiàn)。
[0080]圖6、10和11示出了在高度、橫向和縱向方向上形成的平面電池電池組的選項，其可以針對多于兩個所示出的平面電池被實施。另外，這些選項可以被隨機地結(jié)合以形成電池組。
[0081]所描述的發(fā)明涉及用于高溫電化學裝置的以改型平面電池(圖1，2，4，5，6，7)形式的電池和電池組組件的制造方法，即幾厘米和直到幾米那么大的可見物體，其容量從幾瓦到幾兆瓦變化；并且還涉及該組件由宏觀物體的制造方法。電池和電池組的形成方法包括對各工藝階段的列舉并描述了某些工藝模式。
[0082]上述方法表現(xiàn)為優(yōu)化的制造工藝。這些方法允許新的指定結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，所述新的指定結(jié)構(gòu)不僅具有支撐電解質(zhì)，而且具有支撐陽極、陰極和集流總管。同時所制造的支撐固體電解質(zhì)的厚度可以是100 μ m及更小。由于該事實，根據(jù)本發(fā)明，該電池內(nèi)的具體容量可以達到10.0W/cm3，這是原始資料US 2009/0042076 A I中的原型的容量的25倍。
[0083]本發(fā)明提供了用于有前途的和高性能的高電壓S0FC、也就是改型平面電池的各結(jié)構(gòu)型式和各制造方法。另外，其公開了用于這些結(jié)構(gòu)的利用膜澆鑄和金屬模具澆鑄的工業(yè)化技術(shù)的制造方法。和DE 10 2010 001 988 Al中不同，本發(fā)明不是建議形成具有封閉對接端的管狀電解質(zhì)(半電池)毛坯，而是形成一種新結(jié)構(gòu)的SOFC毛坯。那些已知結(jié)構(gòu)的所有缺點在該結(jié)構(gòu)中被消除，因為其結(jié)合了管狀型式和平面型式的優(yōu)點。該結(jié)構(gòu)允許制造具有高達20kW/l的具體容量的裝置。
[0084]在一個實施方式中，電池(波狀板)的電化學部分被形成有一對、兩對或多對相反的電極，它們被施加有移位以便確保電解質(zhì)膜上的各電池的串聯(lián)電連接。這些膜被互連，這使得相鄰電池的電極互連(電池串聯(lián)電連接成電池組)是可能的。在此之后，具有在截面中呈沒有較大下底的等腰梯形形狀的通道、并具有表現(xiàn)為相等高度的沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形的通道的波狀板在特定裝置內(nèi)被形成，這種情況下，在較小底處的夾角α優(yōu)選等于0.1-89.9°。然后該波狀板與兩個相反的壁即前壁和后壁結(jié)合，這種情況下，這些壁被布置成垂直于各波、具有相同的高度、并且由以高達90-110°C的溫度加熱的電絕緣結(jié)構(gòu)材料的膜且在0.2-0.4GPa的壓力下制造。然后，用于試劑供應(yīng)和移除的各孔口利用隨后的共同燒結(jié)(共燒)在900-1200°C下被形成。
[0085]本發(fā)明可被用于制造電化學的物品，這些物品不僅用于S0FC，而且用于具有固體電解質(zhì)的其它高溫電化學裝置(ECD)，例如，電解槽，轉(zhuǎn)換器，氧氣泵等。
【權(quán)利要求】
1.一種改型平面電池，其具有固體電解質(zhì)(I)、陽極(3)和陰極(2)，其中固體電解質(zhì)⑴、陽極⑶和陰極⑵形成波狀板⑷， 其特征在于， 所述波狀板(4)包括波(5)，所述波形成用于一種試劑的以沒有較大下底的相等高度的等腰梯形的形式的復(fù)數(shù)個通道、和用于其它試劑的以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形的形式的復(fù)數(shù)個通道。
2.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池， 其特征在于， 各所述通道梯形的至少之一的側(cè)邊與相應(yīng)的底之間的夾角在大約0.1°和大約89.9°之間。
3.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池， 其特征在于， 所述波狀板的各構(gòu)件的至少之一是自支撐的。
4.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池， 其特征在于， 所述波狀板(4)的各通道由橫向壁(7)和/或上部表面(16，18)和/或下部表面(16，18)覆蓋，這種情況下各橫向壁、各上部表面、各下部表面和/或各通道優(yōu)選具有孔口(8，9，19，20)。
5.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池， 其特征在于， 所述波狀板(4)的各通道的至少之一在所述梯形的較大底處敞開。
6.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池， 其特征在于， 其包含金屬或氧化物電流通道和/或優(yōu)選地電子導(dǎo)電的電流/氣體引線。
7.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池， 其特征在于， 各所述通道用于剩余燃料的移除，這種情況下，存在輸出氣體總管(16)和輸入氣體總管(16)，它們優(yōu)選相對于豎直軸線和彼此被旋轉(zhuǎn)180°。
8.如權(quán)利要求7所述的改型平面電池， 其特征在于， 各所述氣體總管(16)的面對電化學部分的平坦表面被與電極連接并且同時起所述平面電池的集流總管和集流夾鉗作用。
9.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池， 其特征在于， 所述陽極(3)和/或所述陰極(2)是氣體擴散的。
10.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池，其具有固體氧化物電解質(zhì)(I)、氣體擴散陽極(3)、陰極(2)、金屬或氧化物電流通道以及電流/氣體引線， 其特征在于， 所述電池的支撐固體電解質(zhì)(I)以包括波(5)的波狀板(4)的形式被實現(xiàn)， 所述板(4)的各波(5)在截面中具有相等高度的沒有較大下底￠)的等腰梯形的形狀，并具有孔口(9)，這種情況下各所述孔口(9)在每個波(5)的頂部處在一側(cè)上被形成，以便供給各試劑之一，例如，在燃料電池的情況下的燃料， 各所述波(5)在它們的底處被互連以便形成所述電池的氣體空間/通道(14)，所述氣體空間/通道以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形的形式被實現(xiàn)，同時在它們的較小底處的夾角α在0.1和89.9。之間， 所述波狀板(4)與兩個相反的(前和后)壁(7)結(jié)合，所述壁被布置成垂直于所述板(4)的各波(5)，各所述壁具有與所述波相同的高度并具有孔口(8)， 一個壁(7)的各孔口(8)被計劃用于供應(yīng)第二試劑至近電極空間的以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的每個通道中，所述第二試劑例如在燃料電池的情況下的空氣，同時另一個相反的壁(7)的各孔口⑶被計劃用于缺氧性混合物的移除， 支撐固體電解質(zhì)(I)的所述波狀板(4)從在截面中表現(xiàn)為沒有較大下底的等腰梯形的各氣體空間/通道(14)的那側(cè)被覆蓋有一個電極，例如在燃料電池的情況下的鎳-金屬陶瓷陽極(3)， 從近電極空間的以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形的形式被實現(xiàn)的各氣體空間/通道(14)的那側(cè)，所述板(4)被覆蓋有第二相反電極，例如，基于錳酸鑭鍶的陰極(2)， 具有一組孔口(20)的盒狀金屬氣體引線(17)供給各試劑并移除各反應(yīng)產(chǎn)物，這種情況下所述氣體引線的寬度和長度與所述電池的寬度和長度一致， 這些孔口(20)與所述電池的在截面中具有沒有較大下底的等腰梯形的形狀的波(5)的頂部處的各孔口(9)對齊，并且沿著各孔口(20)的周邊與它們氣密地連接， 氣密空間在所述平面電池中被形成，以用于穿過管道(17)的試劑、用于其通過各空間/通道(14)的均勻分配、并用于穿過類似的輸出氣體總管(16)出來的廢氣，所述輸出氣體總管被相對于豎直軸線旋轉(zhuǎn)180°，并沿著周邊與陶瓷部分氣密地連接，并且 這種情況下，具有孔口(20)的各氣體總管(16)的平坦表面被與各電極連接并且同時起集流總管的作用，同時各管道(17)為所述平面電池的集流夾鉗。
11.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池，其具有固體氧化物電解質(zhì)(I)、氣體擴散陽極(3)、氣體擴散陰極(2)、金屬或氧化物電流通道以及電流/氣體引線， 其特征在于， 所述平面電池的支撐多孔陽極⑶以由波(5)構(gòu)成的波狀板⑷的形式被實現(xiàn)，各所述波(5)在截面中具有相等高度的沒有較大下底￠)的等腰梯形的形狀， 各所述波(5)在每個波(5)的頂部處在一側(cè)上具有孔口(9)，以便供給各試劑之一，例如，在燃料電池的情況下的燃料， 各所述波(5)在底處被互連以便形成所述平面電池的以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的氣體空間， 在較小底處的夾角α為從0.1到89.9°， 這種情況下所述波狀板(4)與兩個相反的(前和后)壁(7)結(jié)合，所述壁由與其它構(gòu)件相容的材料制成， 這些壁(7)被布置成垂直于各波(5)，它們具有與所述波相同的高度并具有孔口(8)，這種情況下一個壁(7)被計劃用于供應(yīng)第二試劑至以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的每個通道中，所述第二試劑例如在燃料電池的情況下的空氣， 所述近電極空間和所述相反的(后)壁(7)被計劃用于缺氧性混合物的移除， 這種情況下所述多孔陽極(3)的所述支撐板(4)在構(gòu)成通道的波(5)的在截面中具有沒有較大下底的等腰梯形的形狀的那側(cè)上，以與輸入氣體總管(16)的圍繞各波(5)的所述孔口(8)的氣密連接和密封、并與輸出氣體總管(16)的沿著所述電化學部分的周邊的氣密連接和密封的可能性，被覆蓋有至少兩個層，也就是:首先被覆蓋有氣密固體電解質(zhì)(I)的薄層，并且然后被覆蓋有其它的多孔氣體擴散電極，例如在燃料電池的情況下的基于錳酸鑭鍶的陰極(2)， 具有一組孔口的盒狀金屬氣體引線供給各試劑并移除各反應(yīng)產(chǎn)物，這種情況下所述氣體引線的寬度和長度與所述平面電池的寬度和長度一致，并且其各孔口被與所述平面電池的各波的頂部處的孔口對齊， 所述電池包括在截面中具有沒有較大下底的等腰梯形的形狀的通道，這種情況下所述氣體引線的各孔口在所述平面電池中形成氣密的近電極空間，以用于穿過所述管道(17)的燃料、用于其通過各通道的均勻分配、以及用于穿過類似的輸出氣體總管(16)出來的各反應(yīng)產(chǎn)物， 所述輸出氣體總管(16)被相對于所述輸入氣體總管(16)和豎直軸線旋轉(zhuǎn)180°， 具有孔口(20)的各氣體總管(16)的平坦表面被與各電極連接并且同時起集流總管的作用，并且各管道(17)被用作所述平面電池的集流夾鉗。
12.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池，其具有固體氧化物電解質(zhì)(I)、氣體擴散陽極(3)、氣體擴散陰極(2)、金屬或氧化物電流通道以及電流/氣體引線， 其特征在于， 所述平面電池的支撐多孔陰極(2)以波狀板(4)的形式被實現(xiàn)， 所述板(4)包括波(5)，所述波(5)形成在截面中表現(xiàn)為相等高度的沒有較大下底(6)的等腰梯形的各通道，并在每個波的頂部處在一側(cè)上具有孔口，以便供給各試劑之一，例如，在燃料電池的情況下的空氣， 各所述波(5)在底處被互連，以便由以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的各通道形成所述平面電池的近電極氣體空間， 在較小下底處的夾角α為從0.1到89.9°， 這種情況下所述波狀板(4)與兩個相反的(前和后)壁(7)結(jié)合，這些壁垂直于各波(5)、具有與所述波相同的高度、并具有孔口， 所述前壁被用來供應(yīng)第二試劑至所述近電極空間中的以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的每個通道中，所述第二試劑例如在燃料電池的情況下的燃料，而另一個相反的后壁被用來移除各反應(yīng)產(chǎn)物， 這種情況下在波(5)側(cè)面上的所述支撐多孔陰極(2)的所述波狀板(4)包括在截面中具有沒有較大下底的等腰梯形的形狀的通道，所述波狀板以與輸入氣體總管(16)的圍繞各波(5)的所述孔口(8)的氣密連接和密封、并與輸出氣體總管(16)的沿著所述電化學部分的周邊的氣密連接和密封的可能性，首先被覆蓋有氣密固體電解質(zhì)(I)的薄層，并且然后被覆蓋有其它的多孔氣體擴散電極，例如在燃料電池的情況下的鎳-金屬陶瓷陽極， 具有一組孔口的盒狀金屬氣體引線供給各試劑并移除各反應(yīng)產(chǎn)物， 它們從在截面中具有沒有較大下底的等腰梯形的形狀的各通道中被移除， 所述氣體引線的寬度和長度與所述平面電池的寬度和長度一致，同時各所述孔口被與所述平面電池的各波(5)的底部處的孔口對齊， 氣密空間在所述平面電池中被形成， 其確保了從所述管道(17)出來的空氣和穿過所述輸出氣體總管(16)進來的缺氧性混合物通過各通道的均勻分配， 所述輸出氣體總管(16)被圍繞所述豎直軸線旋轉(zhuǎn)180°， 這種情況下具有孔口(20)的各氣體總管(16)的平坦表面被與各電極連接并且同時起集流總管作用，并且 各管道(17)被用作所述平面電池的集流夾鉗。
13.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池，其具有固體氧化物電解質(zhì)(I)、氣體擴散陽極(3)、氣體擴散陰極(2)、金屬或氧化物電流通道以及電流/氣體引線， 其特征在于， 例如支撐多孔陽極集流總管以在截面中具有相等高度的沒有較大下底的等腰梯形的形狀的通道產(chǎn)生的波狀板(4)的形式被實現(xiàn)， 在每個波(5)的頂部處在一側(cè)上存在孔口， 各所述通道被設(shè)置成供給各試劑之一，例如，在燃料電池的情況下的燃料， 各所述波(5)在底處被互連，以便由以沒有較大底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的各通道形成所述平面電池的近電極氣體空間， 在較小底處的夾角α為從0.1到89.9°， 在這方面所述波狀板(4)與兩個相反的(前和后)壁(7)結(jié)合，所述壁由與其它構(gòu)件相容的材料制成，這種情況下這些壁(7)垂直于所述板(4)的各波(5)、具有與各波相同的高度、并具有孔口(8)， 所述前壁被計劃用于供給第二試劑至近電極空間的以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的每個通道中，所述第二試劑例如在燃料電池的情況下的空氣，而所述相反的壁被計劃用于缺氧性混合物的移除， 這種情況下在波(5)側(cè)面上的所述支撐多孔陽極集流總管的所述波狀板(4)包括在截面中具有沒有較大下底等腰梯形的形狀的通道，并且被覆蓋有至少三個層:首先被覆蓋有氣體擴散陽極材料的薄層、氣密固體電解質(zhì)(I)的薄層，并且然后被覆蓋有其它的多孔氣體擴散電極的層，例如，在燃料電池的情況下的基于錳酸鑭鍶的陰極(3)， 同時這提供了與輸入氣體總管(16)的圍繞各所述波(5)的所述孔口的、以及與輸出氣體總管(16)的沿著所述電化學部分的周邊的氣密連接和密封， 具有一組孔口的盒狀金屬氣體引線供給各試劑并移除各反應(yīng)產(chǎn)物， 所述氣體引線的寬度和長度與所述平面電池的寬度和長度一致， 所述氣體引線的各孔口被與各所述波(5)的頂部處的孔口對齊， 各所述通道在截面中表現(xiàn)為沒有較大下底的等腰梯形， 這些孔口在所述平面電池中形成氣密的近電極空間，以用于穿過所述管道(17)進來的燃料、其通過各通道的均勻分配以及穿過圍繞所述豎直軸線被旋轉(zhuǎn)180°的類似的輸出氣體總管(16)出來的各反應(yīng)產(chǎn)物， 這種情況下具有孔口(20)的各氣體總管(16)的平坦表面被與各電極連接，其同時起集流總管的作用，并且 各管道(17)被用作所述平面電池的集流夾鉗。
14.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池，其具有固體氧化物電解質(zhì)(I)、氣體擴散陽極(3)、氣體擴散陰極(2)、金屬或氧化物電流通道以及電子導(dǎo)電的電流/氣體引線， 其特征在于， 用于減少損耗和改善所述電池的電流集取均勻性的所述電流/氣體引線以具有寬度和長度等于所述電池的寬度和長度的厚的電子導(dǎo)電板的形式被實現(xiàn)， 這種情況下所述板沿著各側(cè)面之一具有公共孔口，其被與一組孔口連接，所述一組孔口與所述電池各波的頂部處的各孔口對齊、并且沿著周邊與這些孔口氣密地連接，這種情況下各所述波(5)的頂部在截面中表現(xiàn)為沒有較大下底(6)的等腰梯形以用于輸入各試劑之一， 用于各反應(yīng)產(chǎn)物移除的所述電流/氣體引線被相對于所述豎直軸線預(yù)先旋轉(zhuǎn)180°，并被沿著所述電池的下部電化學部分的周邊氣密地連接， 所述輸入總管(16)的面對所述電池的電化學部分的表面具有例如由錳-鈷尖晶石形成的保護性涂層，并且通過陰極觸點材料與所述陰極(3)連接， 所述輸出總管(16)的面對所述電化學部分的表面通過陽極觸點材料與所述陽極(3)連接，并且起集電器的作用，并且 用于各所述總管(16)內(nèi)的試劑供應(yīng)和移除的、被與公共孔口連接的各管道(17)被布置在任一側(cè)邊上或在所述電池的前側(cè)或后側(cè)上。
15.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池，其具有固體電解質(zhì)(I)、陽極(3)、陰極(2)、金屬或氧化物電流通道以及電流/氣體引線， 其特征在于， 為確保陽極氣體空間和陰極氣體空間之間的最小空間壓降，所述電池中的具有構(gòu)件的薄功能層的波狀板(4)包括用于一種試劑的以相等高度的沒有較大下底(6)的等腰梯形形式的通道和用于其它試劑的以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的通道，這種情況下所述通道橫截面與所述電化學裝置的運行期間的氣體試劑流成比例。
16.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池， 其特征在于， 所述電池的電化學部分由被布置有移位的一對、兩對或多對相反的電極形成，以便確保所述電池的串聯(lián)電連接。
17.一種電池組，其由至少兩個如以上權(quán)利要求所述的改型平面電池形成。
18.如權(quán)利要求17所述的電池組，其由具有固體氧化物電解質(zhì)(I)、氣體擴散陽極(3)、氣體擴散陰極(2)、金屬或氧化物電流通道以及電流/氣體引線的平面電池形成， 其特征在于， 各所述電池以通過所述電流通道的平板由電流串聯(lián)的方式由波狀工作部分的上表面和下表面連接， 所述平板的寬度和長度與所述電池的寬度和長度相同， 各所述孔口被與所述電池的各所述波(5)的頂部處的各孔口(20)對齊，所述波在截面中具有沒有較大下底￠)的等腰梯形的形狀，而在組裝期間氣密空間在每個電池中被形成，以用于穿過所述輸入氣體總管(16)沿著組件軸線進入所述電池組中的試劑， 各廢氣在每個電池內(nèi)部垂直于所述組件軸線以及沿著所述組件軸線穿過所述輸出氣體總管(16)出來， 確保這種流動的輸入氣體總管(16)通過各小孔口與在截面中具有沒有較大下底的等腰梯形的形狀的各波中的孔口、及上部電池的上表面連接，并且從各所述波(5)的頂部被氣密地連接， 在截面中具有沒有較大下底的等腰梯形的形狀的各電池壁被布置成與各孔口相反并且沿著上部電池底部的周邊與所述電流通道板氣密地連接，這種情況下所述板沿著所述電池組組件軸線相對于所述上部電池的各小孔口被旋轉(zhuǎn)180°， 然后每個隨后的電池和電流通道也沿著所述電池組組件軸線相對于在前的電池被旋轉(zhuǎn)180°，這種情況下每個電流通道在一側(cè)沿著每個小孔口的周邊被氣密地連接，并且在相反側(cè)未被氣密地連接，而另一側(cè)沿著周邊被與所述電池周邊氣密地連接， 末端的下部電池以相同方式與用于廢氣的輸出氣體總管(16)連接,這種情況下第二試劑流沿著所述電池組的所有電池中的以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的所有氣體通道以平行流的形式被分配， 每個盒狀氣體總管中的管道(17)具有確保均勻的氣流分配的孔口，并且被與氣體分配板和氣體總管盒電連接，并且 有效的電流集取從所述管道(17)外部通過所述發(fā)電電池組被實現(xiàn)。
19.如其它權(quán)利要求之一所述的電池組，其包括至少兩個改型平面電池，所述平面電池具有固體氧化物電解質(zhì)(I)、氣體擴散陽極(3)、氣體擴散陰極(2)、金屬或氧化物電流通道以及電流/氣體引線， 其特征在于， 為改善電流分配并減少通過它們的阻抗的損耗，各集流總管以厚平板的形式被實現(xiàn)，所述平板具有的寬度和長度等于所述電池的寬度和長度，并且 所述電池組具有確保氣體試劑在所述板內(nèi)均勻供應(yīng)的節(jié)點，或位于橫向表面上。
20.改型平面電池的陶瓷毛坯的形成方法，特別是如權(quán)利要求1-16的至少之一所述的改型平面電池的陶瓷毛坯，所述改型平面電池具有例如基于二氧化鋯-YSZ的支撐固體電解質(zhì)(I)、通過熱粉漿金屬模具澆鑄的例如基于石蠟的氣體擴散陽極(3)和氣體擴散陰極(2) 其特征在于， 為形成具有足夠機械強度的、100-150 μ m厚的固體電解質(zhì)層，包含YSZ粉末的所需量的粉漿在小于0.2秒以內(nèi)無損于澆鑄流的層流性要求地被注射至所述模具中。
21.改型平面電池的陶瓷毛坯的形成方法，特別是如權(quán)利要求1-16的至少之一所述的改型平面電池的陶瓷毛坯，所述改型平面電池具有例如基于二氧化鋯-YSZ的固體電解質(zhì)(I)、氣體擴散陽極(3)、陰極(2)和集流總管，這種情況下陽極(3)和/或陰極(2)和/或集流總管是支撐的，其通過熱粉漿金屬模具澆鑄，例如基于石蠟的， 其特征在于， 為形成提供機械強度的、固體氧化物燃料電池的支撐構(gòu)件的300-500 μ m厚的層，包含由所述支撐構(gòu)件材料制成的粉末的所需量的粉漿在0.2-1.0秒內(nèi)無損于澆鑄流的層流性要求地被注射至所述模具中。
22.改型平面電池陶瓷毛坯的形成方法，特別是如權(quán)利要求1-16的至少之一所述的改型平面電池的或電池組的陶瓷毛坯，所述改型平面電池具有例如基于二氧化鋯-YSZ的固體電解質(zhì)(I)、氣體擴散陽極(3)、陰極(2)和集流總管，這種情況下陽極(3)和/或陰極(2)和/或集流總管是支撐的，其利用流延成型、絲網(wǎng)印刷、鍛軋或這些技術(shù)的結(jié)合， 其特征在于， 所述電池的電化學部分由被施加有移位的一對、兩對或多對相反的電極形成，所述移位確保了各電池的串聯(lián)電連接和波狀板(4)在合適的工具中的進一步形成，這種情況下所述板(4)具有在截面中具有沒有較大下底的等腰梯形的形狀的通道、和以相等高度的沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的通道，這種情況下較小底處的夾角α為從0.1到89.9°，所述波狀板與兩個相反的(前和后)壁(7)結(jié)合，所述壁被布置成垂直于所述波(5)，并具有與所述波相同的高度， 所述電池的電化學部分由在0.2-0.4GPa的壓力下以高達90_110°C的溫度加熱的電絕緣的結(jié)構(gòu)材料膜制成，用于試劑供應(yīng)和移除的各孔口被形成，并被跟隨有在900-1200°C的溫度下的共同燒結(jié)(共燒)。
23.用于澆鑄改型平面電池的陶瓷毛坯以便實施如權(quán)利要求20或21所述的方法的模具。
24.如權(quán)利要求23所述的模具，用于澆鑄具有基于二氧化鋯-YSZ的固體電解質(zhì)(I)的所述改型平面電池的陶瓷毛坯，例如，所述電池具有支撐固體電解質(zhì)(I)、具有支撐氣體擴散陽極(3)、具有支撐氣體擴散陰極(2)或具有撐氣體擴散集流總管，其利用例如基于石蠟的熱粉漿金屬模具澆鑄， 其特征在于， 用于形成具有在截面中具有沒有較大下底￠)的等腰梯形的形狀的和以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的通道的所述改型平面電池毛坯的鋼模具，具有兩組矩形的可動的板和兩組矩形的不可動的板， 這種情況下所述板交替， 在成形區(qū)域內(nèi)移動的所述毛坯在截面中為梯形， 在較小底處的夾角在0.1和89.9°之間， 沿著所述毛坯周邊的各不可動的板和在所述波狀毛坯一側(cè)上的板確保了模具的可拆性，并且 所述模具被裝備有確保從鑄件中取出各可動的板的機構(gòu)和用于模具拆開的帶螺紋把手。
25.如其它權(quán)利要求之一所述的改型平面電池，其特征在于， 存在表現(xiàn)為電化學元件的、通過所述電流通道(連接體)(22)以串聯(lián)方式被電連接的至少兩個陰極(2)和至少兩個陽極(3)。
26.如權(quán)利要求25所述的改型平面電池的電池組，其特征在于， 所述電池組的各集流夾鉗是所述波狀板的橫向表面(15.2)。
27.如權(quán)利要求25或26所述的改型平面電池的電池組，其特征在于， 所述波狀板與由電絕緣材料制成的兩個相反的(前和后)壁結(jié)合，所述壁具有與所述波相同的高度，所述壁具有孔口(8)和(9)， 各孔口(8)被計劃用于供應(yīng)和移除一種試劑至以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的每個通道中，并用于缺氧性混合物的移除，所述一種試劑例如在固體氧化物燃料電池的情況下的氧化劑(空氣)，和 各孔口(9)被計劃用于供應(yīng)和移除其它試劑并移除各反應(yīng)產(chǎn)物至以沒有較大下底的等腰梯形形式的每個通道中，所述其它試劑例如在固體氧化物燃料電池的情況下的燃料(氫)， 通過由電絕緣材料制成的氣體總管(16)各試劑被供給并且各反應(yīng)產(chǎn)物被移除，所述氣體總管(16)具有孔口(20)，它們被與在所述板的頂部處的所述孔口(9)對齊，這種情況下所述板沿著表面(21)的周邊與所述氣體總管氣密地連接并在所述電池內(nèi)形成氣密空間，以用于穿過所述管道的試劑、用于其通過各通道的均勻分配、并用于穿過具有管道(17)的類似的輸出氣體總管(16)出來的各廢氣， 類似的輸出氣體總管被相對于豎直軸線旋轉(zhuǎn)180°，并且沿著所述周邊被與所述陶瓷部分氣密地連接。
28.增大容量的電池組，其包括如權(quán)利要求19所述的具有支撐固體氧化物電解質(zhì)(I)、氣體擴散陽極(3)、氣體擴散陰極(2)、電子導(dǎo)電的金屬或氧化物電流通道(22)的改型平面電池電池組，并且以與如權(quán)利要求17和/或18所述的由單塊改型平面電池形成的電池組相同的方式被組裝， 其特征在于， 所述電池組電解質(zhì)(I)以具有奇數(shù)個波的波狀板的形式被制成在所述工作部分中，同時交替地表現(xiàn)為用于一種氣體試劑的在截面中具有沒有較大下底的等腰梯形的形狀的單一波、和用于其它氣體試劑的在截面中具有沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形的形狀的波，這種情況下在較小底處的夾角α在0.1和89.9°之間， 這種情況下所述波狀板與兩個相反的壁(前壁和后壁)結(jié)合，所述壁由電絕緣材料制成、具有與所述波相等的高度和各孔口(8)，所述孔口(8)用于輸入和移除一種試劑至以沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形形式的每個通道中、并用于缺氧性混合物的移除，所述一種試劑例如在固體氧化物燃料電池的情況下的氧化劑(空氣)， 這種情況下所述波狀板本身具有用于供應(yīng)其它試劑至以沒有較大下底的等腰梯形形式的每個通道中的各孔口，所述其它試劑例如當運行為固體氧化物燃料電池時的燃料(氫)，這種情況下這些孔口被布置在靠近各接合壁之一的各上底處， 各電池組利用由電絕緣材料制成的平坦的接合板(連接體)被互連，所述接合板的寬度和長度等于所述電池組的寬度和長度，這種情況下所述接合板具有一組孔口，它們被與所述電池組波的頂部處的各孔口對齊， 各末端電池組被與具有一組孔口的陶瓷氣體引線-即由電絕緣材料制成的氣體總管連接，這些孔口被與在靠近所述壁之一的所述板波的頂部處的相應(yīng)的孔口對齊， 這確保了燃料試劑的供應(yīng)和反應(yīng)產(chǎn)物的移除， 為確保穿過各通道的所述燃料的均勻分配，在連續(xù)的氣體引線、電池組、接合板、電池組、接合板、電池組的每個隨后的構(gòu)件(組件)中，在所述增大容量的電池組組裝和密封期間，所述氣體孔口被圍繞豎直軸線旋轉(zhuǎn)180°， 這種情況下所述波狀板上的相鄰電池組的串聯(lián)電連接借助于橫向壁(15.2，圖7)上的觸點而實現(xiàn)。
29.增大容量的電池組，其包括如權(quán)利要求19所述的具有支撐固體氧化物電解質(zhì)(I)、氣體擴散陽極(3)、氣體擴散金屬或氧化物陰極(2)、點狀或連續(xù)的電子導(dǎo)電電流通道(22)的改型平面電池電池組， 其特征在于， 為確保通過空氣流的更密集的熱量收集，包括波狀固體電解質(zhì)板且末端表面向空氣敞開的所述電池組的各波，被以一層或兩層布置在所述表面上， 所述波在截面中具有沒有較大上底的翻轉(zhuǎn)的等腰梯形的形狀，這種情況下較小底處的夾角α在0.1和89.9°之間并且這些波沿著所述流被布置， 為確保燃料平行地供應(yīng)至各波狀板上的所述電池組(圖10)，具有用于試劑供應(yīng)和移除的孔口(20)的各氣體總管被互連，而串聯(lián)電連接借助于所述橫向壁(15.2)上的觸點而實現(xiàn)， 和/或 為確保燃料逐步地供應(yīng)至各波狀板上的所述電池組(圖11)，它們與相鄰電池的前壁和后壁結(jié)合，而串聯(lián)或并聯(lián)電連接借助于穿過所述表面(15.2)的觸點而實現(xiàn)。
【文檔編號】H01M8/12GK104185918SQ201280070175
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】A·S·利皮林, V·A·利皮利納 申請人:A·S·利皮林, V·A·利皮利納