燃料增压室和包括其的燃料电池堆叠的制作方法

1.本公开大体上涉及燃料电池堆叠，确切地说，涉及燃料电池堆用的燃料增压室，所述燃料电池堆叠包括燃料增压室。


背景技术：

2.在高温燃料电池系统(例如固体氧化物燃料电池(sofc)系统)中，使氧化流通过燃料电池的阴极侧，同时使燃料流通过燃料电池的阳极侧。氧化流典型地是空气，而燃料流可以是烃燃料，例如甲烷、天然气、戊烷、乙醇或甲醇。在750℃与950℃之间的典型温度下操作的燃料电池能够使带负电的氧离子从阴极流动的物料流中转移到阳极流动的物料流，其中所述离子与游离氢或烃分子中的氢结合而形成水蒸汽且/或与一氧化碳结合而形成二氧化碳。来自带负电离子的过量电子经由阳极与阴极之间完整的电路被引导回至燃料电池的阴极侧，从而产生流经电路的电流。
3.燃料电池堆叠可在内部或外部针对燃料和空气实现歧管化。在内部歧管化堆叠中，利用堆叠内所含的升管将燃料和空气分配给每个电池。换言之，气体流动穿过每个燃料电池的负载层(例如电解质层)中的开口或孔洞和每个电池的气流分隔器。在外部歧管化堆叠中，堆叠在燃料和空气入口侧和出口侧敞开，且燃料和空气独立于堆叠硬件引入和收集。举例来说，输入和输出的燃料和空气在堆叠与其中定位有堆叠的歧管外壳之间的各别通道中流动。
4.燃料电池堆叠通常由呈平坦元件、导管或其它几何形式的多个电池构建而成。燃料和空气须提供到可较大的电化学活性表面。燃料电池堆叠中的一种组件是将堆叠中的个别电池分隔的所谓气流分隔器(称为平坦堆叠中的气流分隔板)。气流分隔板将流到堆叠中的一个电池的燃料电极(即，阳极)的燃料(例如氢气或烃燃料)与流到堆叠中的相邻电池的空气电极(即，阴极)的氧化剂(例如空气)分隔开来。通常，气流分隔板还用作使一个电池的燃料电极与相邻电池的空气电极电连接的互连件。在这种情况下，充当互连件的气流分隔板是由导电材料制成或含有导电材料。


技术实现要素：

5.根据本公开的各种实施例，提供一种包含燃料增压室的燃料电池堆叠燃料流结构，所述燃料增压室包含：底板，其包含入口孔和出口孔；介电层，其设置于底板上且包含入口孔和出口孔；盖板，其设置于介电层上且包含入口孔和出口孔；密封板，其设置于盖板上且包含入口孔和出口孔；以及歧管板，其设置于密封板上且包含：形成于歧管板底表面中的底部入口孔和底部出口孔；形成于歧管板顶表面的相对侧的顶部出口孔和顶部入口孔；使顶部出口孔与底部入口孔实现流体连通的出口通道；以及使顶部入口孔与底部出口孔实现流体连通的入口通道。底板、盖板、密封板和歧管板的入口孔对准以形成入口导管通道，并且底板、盖板、密封板和歧管板的出口孔对准以形成出口导管通道。
6.根据本公开的各种实施例，提供一种燃料电池堆叠，其包括燃料增压室、堆叠于燃
料增压室上的交叉流互连件以及设置于互连件之间的固体氧化物燃料电池。
附图说明
7.并入本文并且构成本说明书的一部分的附图示出了了本发明的示例实施例，并且与上文给出的总体描述和下文给出的详细描述一起用于解释本发明的特征。
8.图1a是描绘常规燃料电池柱的现有技术透视图，图1b是描绘图1a的电池柱中所含的一个逆流式固体氧化物燃料电池(sofc)堆叠的现有技术透视图，并且图1c是描绘图1b的堆叠的一部分的现有技术侧视横截面图。
9.图2a是描绘图1b的堆叠的常规互连件的空气侧的现有技术俯视图，并且图2b是描绘常规互连件的燃料侧的现有技术俯视图。
10.图3a是根据本公开的多种实施例的燃料电池堆叠的透视图，图3b是图3a的堆叠的一部分的分解透视图，图3c是图3a的堆叠中所含的互连件的燃料侧的俯视图，并且图3d是图3a的堆叠中所含的燃料电池的示意图。
11.图4a和4b是平面图，其根据本公开的多种实施例分别显示图3c的交叉流互连件的空气侧和燃料侧。
12.图5a是根据本公开的多种实施例的燃料流结构的分解俯视透视图，并且图5b是图5a的燃料流结构的分解仰视透视图。
13.图6a是图5a和5b的密封板的俯视图，并且图6b是沿着图6a的线l3所取的横截面视图。
14.图7a是图5a和5b的歧管板的仰视图，图7b是沿着图7a的线l4所取的横截面视图，并且图7c是图7a的歧管板的示意俯视图。
15.图8a是沿着图5a的线l1所取的立面横截面视图，其显示组装的燃料增压室和入口导管，并且图8b是立面横截面视图或沿着图5a的线l2的立面横截面视图，其显示组装的燃料增压室和出口导管。
具体实施方式
16.将参考附图详细描述各个实施例。附图未必按比例绘制，且旨在说明本发明的各种特征。只要可能，附图中便使用相同的元件符号来指示相同或类似的部件。提及特定实例和实施方案是出于说明性目的，而非旨在限制本发明或权利要求书的范围。
17.在本文中，范围可以表示为从“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表示此类范围时，实例包含从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当数值通过使用先行词“约”或“基本上”表示为近似值时，应理解，特定值形成另一方面。在一些实施例中，“约x”的值可包括 /-1％x的值。应进一步理解，所述范围中的每个范围的端点相对于另一个端点且独立于另一个端点均为显著的。
18.图1a是常规燃料电池柱30的透视图，图1b是图1a的电池柱30中所含的一个逆流式固体氧化物燃料电池(sofc)堆叠20的透视图，并且图1c是图1b的堆叠20的一部分的侧视横截面图。
19.参看图1a和1b，柱30可包括一或多个堆叠20、燃料入口导管32、阳极排出导管34，和阳极进料/回流组件36(例如阳极分隔板(asp's)36)。柱30还可以包括侧挡板38和压缩组
件40。侧挡板38可通过陶瓷连接件39连接到压缩组件40和下方的堆叠组件(未图示)。燃料入口导管32与asp's 36实现流体连通且经配置以向每个asp 36提供燃料进料，并且阳极排出导管34与asp's 36实现流体连通且经配置以从每个asp 36接收阳极燃料废料。
20.asp's 36设置于各堆叠20之间且经配置以向堆叠20提供含有烃燃料的燃料进料且从堆叠20接收阳极燃料废料。举例来说，asp's 36可与形成于堆叠20中的内部燃料升管通道22实现流体连通，如下文所论述。
21.参看图1c，堆叠20包括被互连件10分隔的多个燃料电池1，所述互连件也可以称为气流分隔板或双极板。每个燃料电池1包括阴极电极3、固体氧化物电解质5和阳极电极7。
22.每个互连件10使堆叠20中的相邻燃料电池1电连接。确切地说，互连件10可使一个燃料电池1的阳极电极7与相邻燃料电池1的阴极电极3电连接。图1c显示下面的燃料电池1位于两个互连件10之间。
23.每个互连件10包括至少部分地界定燃料通道8a和空气通道8b的肋片12。互连件10可作为气体-燃料分隔器操作，其将流到堆叠中的一个电池的燃料电极(即，阳极7)的燃料(例如烃燃料)与流到堆叠中的相邻电池的空气电极(即，阴极3)的氧化剂(例如空气)分隔开来。在堆叠20的任一端，可能存在空气端板或燃料端板(未图示)，以便将空气或燃料分别提供到端电极。
24.图2a是常规互连件10的空气侧的俯视图，且图2b是互连件10的燃料侧的俯视图。参看图1c和2a，空气侧包括空气通道8b。空气经空气通道8b流到相邻燃料电池1的阴极电极3。确切地说，空气可在如箭头所示的第一方向a上穿越互连件10流动。
25.环形密封件23可以包围互连件10的燃料孔22a，以防止燃料与阴极电极接触。外围条形密封件24位于互连件10空气侧的外围部分。密封件23、24可以由玻璃材料形成。外围部分可呈抬升的平台形式，其不包括肋片或通道。外围区域的表面可以与肋片12的顶部共平面。
26.参看图1c和2b，互连件10的燃料侧可包括燃料通道8a和燃料歧管28(例如燃料增压室)。燃料从一个燃料孔22a经由燃料通道8a流入相邻歧管28，且流到相邻燃料电池1的阳极7。过量燃料可流入另一燃料歧管28中，然后流入相邻燃料孔22a中。确切地说，燃料可在如箭头所示的第二方向b上穿越互连件10流动。第二方向b可以垂直于第一方向a(参见图2a)。
27.框形密封件26设置于互连件10的燃料侧的外围区域上。外围区域可以是抬升的平台，其不包括肋片或通道。外围区域的表面可以与肋片12的顶部共平面。
28.相应地，如图1a、1b、1c、2a和2b中所示的常规逆流燃料电池柱可包括复杂的燃料分配系统(燃料导轨和阳极分隔板)。另外，内部燃料升管的使用可能需要燃料电池和相应的密封件中存在孔洞，这会减小其有效面积且可能导致燃料电池1的陶瓷电解质出现裂纹。
29.燃料歧管28可占据互连件10的相对较大区域，这会使互连件10与相邻燃料电池之间的接触面积减小约10％。燃料歧管28还相对较深，因此燃料歧管28代表着互连件10的相对较薄区域。由于互连件10通常利用粉末冶金压实工艺形成，因此燃料歧管区域的密度可接近互连件材料的理论密度限值。因而，压实工艺中所用的压实压力机的行程长度可因高密度燃料歧管区域不能被进一步压实而受限制。结果，互连件10中在别处达成的密度会因受限于压实行程而局限于较低水平。所引起的密度变化可导致表面形状变化，这会减小互
连件10与燃料电池1之间的接触量且会导致堆叠良率和/或性能降低。
30.燃料电池系统设计中的另一个重要考虑因素是操作面积效率。最大化燃料利用率是达成操作效率的关键因素。燃料利用率是燃料在操作期间消耗的数量相对于输送到燃料电池的数量的比率。保持燃料电池循环寿命的一个重要因素可以是通过适当地将燃料分配到有效区域中来避免燃料电池有效区域中出现燃料饥饿。如果燃料存在分配不均匀，以致一些流场通道接收到的燃料不足以支持那个通道区域中将发生的电化学反应，那么在那个通道相邻的燃料电池区域中会引起燃料饥饿。为了更均一地分配燃料，常规互连件设计包括横越流场的通道深度变化。这不仅会使制造工艺复杂，而且会需要复杂的计量来准确地测量这些尺度。燃料经由燃料孔和分配歧管分配的路径会限制各种通道几何形状。
31.消除此复杂的几何形状和燃料歧管的一种可行解决方案是拓宽燃料开口以确保燃料横越燃料流场的分配更均一得多。由于燃料歧管的形成是密度发生变化的一个因素，因此消除燃料歧管应能够达成更均一的互连件密度和渗透性。因此，需要改进互连件，以便在不使用常规燃料歧管的情况下实现与燃料电池均一的接触，同时还将燃料均一地分配到燃料电池。
32.由于扩大燃料电池系统中的热箱尺寸在整体上受到限制，因此还需要改进互连件设计以最大化燃料利用率和燃料电池有效面积，而不增加热箱占地面积。
33.交叉流燃料电池系统
34.图3a是根据本公开的多种实施例的燃料电池堆叠300的透视图，图3b是图3a的堆叠300的一部分的分解透视图，图3c是堆叠300中所含的互连件400的燃料侧的俯视图，并且图3d是堆叠300中所含的燃料电池的示意图。
35.参看图3a-3d，燃料电池堆叠300(由于其缺乏asp's，因此也可以称为燃料电池柱)包括被互连件400(也可以称为气流分隔板或双极板)分隔的多个燃料电池310。一或多个堆叠300可与燃料电池电力产生系统的其它组件(例如一或多个阳极尾气氧化器、燃料重整器、流体导管和歧管等)热整合于共用的壳体或“热箱”中。
36.互连件400由导电金属材料制成。举例来说，互连件400可包含铬合金，例如cr-fe合金。互连件400典型地可利用粉末冶金技术制成，包括冲压和烧结cr-fe粉末(其可以是cr与fe粉末的混合物，或cr-fe合金粉末)以形成所需尺寸和形状的cr-fe互连件(例如“网形”或“近似网形”工艺)。典型的铬合金互连件400包含超过约90重量％铬，例如约94-96重量％(例如95重量％)铬。互连件400还可以含有小于约10重量％铁，例如约4-6重量％(例如5重量％)铁，可以含有小于约2重量％(例如约零到1重量％)的其它材料，例如钇或氧化钇，以及残余或不可避免的杂质。
37.每个燃料电池310可包括固体氧化物电解质312、阳极314和阴极316。在一些实施例中，阳极314和阴极316可印刷于电解质312上。在其它实施例中，可在阳极314与相邻互连件400之间设置导电层318，例如镍网。燃料电池310不包括通孔，例如常规燃料电池的燃料孔。因此，燃料电池310避免了可能因此类通孔的存在而产生的裂纹。
38.堆叠300中的最上端互连件400和最下端互连件400可以是不相同的空气端板或燃料端板之一，包括用于将空气或燃料分别提供到邻端燃料电池310的特征。如本文所用，“互连件”可指位于两个燃料电池310之间的互连件，或位于堆叠末端且与仅一个燃料电池310紧邻的端板。由于堆叠300不包括asp和与其相关的端板，因此堆叠300可以只包括两个端
板。因此，可避免与柱内asp的使用相关的堆叠尺度变化。
39.堆叠300可包括侧挡板302、燃料增压室350和压缩组件306。侧挡板302可由陶瓷材料形成且可设置于燃料电池堆叠300的相对侧上，所述燃料电池堆叠含有堆叠的燃料电池310和互连件400。侧挡板302可使燃料增压室350与压缩组件306连接，以便压缩组件306能够向堆叠300施加压力。侧挡板302可以是曲形挡板，每个此类挡板覆盖燃料电池堆叠300的三个侧面的至少一部分。举例来说，一个挡板可以完全覆盖堆叠300的燃料入口升管侧且部分地覆盖堆叠的相邻前侧和背侧，而另一挡板完全覆盖堆叠的燃料出口升管侧且部分地覆盖堆叠的前侧和背侧的相邻部分。堆叠前侧和背侧未被覆盖的剩余部分允许空气流动通过堆叠300。与覆盖堆叠仅一侧的常规挡板38相比，曲形挡板向穿过堆叠的空气流动提供改进的控制。燃料增压室350可以设置于堆叠300下方并且可以配置成向堆叠300提供含有氢气的燃料进料，且可以从堆叠300接收阳极燃料废料。燃料增压室350可以连接到位于燃料增压室350下方的燃料入口和出口导管320。
40.每个互连件400使堆叠300中的相邻燃料电池310电连接。确切地说，互连件400可使一个燃料电池310的阳极电极与相邻燃料电池310的阴极电极电连接。如图3c中所示，每个互连件400可以配置成将空气向第一方向a引导，以便空气可提供给相邻燃料电池310的阴极。每个互连件400还可以被配置成将燃料向第二方向f引导，以便燃料可提供给相邻燃料电池310的阳极。方向a与f可以垂直或基本上垂直。因而，互连件400可称为交叉流互连件。
41.互连件400可包括延伸贯穿互连件400且被配置成用于燃料分配的燃料孔。举例来说，燃料孔可包括一或多个燃料入口402和一或多个燃料(例如阳极废料)出口404，所述出口也可以称为阳极废料出口404。燃料入口402和燃料出口404可设置于燃料电池310的周缘的外部。因而，可以形成不含用于燃料流的相应通孔的燃料电池310。燃料入口402的组合长度和/或燃料出口404的组合长度可以是互连件400的相应长度(例如在方向a上所取的长度)的至少75％。
42.在一个实施例中，每个互连件400含有被互连件400的颈部412分隔的两个燃料入口402，如图3b中所示。然而，可以包括超过两个燃料入口402，例如被两个到四个颈部412分隔的三个到五个入口。在一个实施例中，每个互连件400含有被互连件400的颈部414分隔的两个燃料出口404，如图3b中所示。然而，可包括超过两个燃料出口404，例如被两个到四个颈部414分隔的三个到五个出口。
43.相邻互连件400的燃料入口402在堆叠300中可以对准以形成一或多个燃料入口升管403。相邻互连件400的燃料出口404在堆叠300中可以对准以形成一或多个燃料出口升管405。燃料入口升管403可配置成将从燃料增压室350接收到的燃料分配到燃料电池310。燃料出口升管405可配置成将从燃料电池310接收到的阳极废料提供给燃料增压室350。
44.不同于图1a的现有技术扁平侧挡板38，侧挡板302可围绕互连件400的边缘呈曲形。确切地说，侧挡板302可围绕互连件400的燃料入口402和燃料出口404设置。因此，侧挡板可以更高效地控制空气经由互连件400的空气通道流动，所述空气通道暴露于侧挡板302之间且结合图4a和4b详细描述。
45.在各种实施例中，堆叠300可包括至少30个、至少40个、至少50个或至少60个燃料电池，仅利用燃料升管403、405便可向所述燃料电池提供燃料。换言之，相较于常规燃料电
池系统，交叉流配置允许在不需要asp's或外部堆叠燃料歧管(例如图1a中所示的外部导管32、34)的情况下向许多燃料电池提供燃料。
46.每个互连件400可由导电材料制成或可含有导电材料，例如热膨胀系数与电池中的固体氧化物电解质的热膨胀系数类似(例如相差0至10％)的金属合金(例如铬铁合金)。举例来说，互连件400可包含金属(例如铬铁合金，例如4-6重量％铁、任选存在的1重量％或更少的钇和其余的铬合金)，并且可使一个燃料电池310的阳极侧或燃料侧与相邻燃料电池310的阴极侧或空气侧电连接。阳极与每个互连件400之间可以设置导电接触层，例如镍接触层(例如镍网)。阴极电极与每个互连件400之间可设置另一个任选的导电接触层。
47.在操作时暴露于氧化环境(例如空气)的互连件400的表面，例如互连件400的面向阴极的一侧，可涂有保护涂层以便降低互连件上的氧化铬表面层的生长速率并且抑制能使燃料电池阴极中毒的铬蒸气物质蒸发。典型地，可包含钙钛矿(例如亚锰酸锶镧(lsm))的涂层可利用喷涂或浸涂工艺形成。或者，替代或除lsm之外，也可使用其它金属氧化物涂层，例如尖晶石，例如(mn,co)3o4尖晶石(mco)。可以使用具有组成mn
2-x
co
1 x
o4(0≤x≤1)或写作z(mn3o4) (1-z)(co3o4)(其中(1/3≤z≤2/3)或写作(mn,co)3o4的任何尖晶石。在其它实施例中，可以使用lsm和mco的混合层或lsm和mco层的堆叠作为涂层。
48.图4a和4b是平面图，其根据本公开的多种实施例分别显示交叉流互连件400的空气侧和燃料侧。参看图4a，互连件400的空气侧可包括被配置成至少部分地界定空气通道408的肋片406，所述空气通道被配置成向设置于其上的燃料电池310的阴极提供空气。互连件400的空气侧可分成包括空气通道408的空气流场420，和设置于空气流场420的两个相对侧的升管密封表面422。一个升管密封表面422可包围燃料入口402且另一个升管密封表面422可包围燃料出口404。空气通道408和肋片406可完全横越互连件400的空气侧延伸，使得空气通道408和肋片406终止于互连件400的相对周缘。换言之，当组装成堆叠300时，空气通道408和肋片406的相对末端设置于堆叠的相对(例如前侧和背侧)外表面上，以允许所吹的空气流动穿过堆叠。因此，堆叠可针对空气在外部歧管化。
49.升管密封件424可设置于升管密封表面422上。举例来说，一个升管密封件424可包围燃料入口402，且一个升管密封件424可包围燃料出口404。升管密封件424可阻止燃料和/或阳极废料进入空气流场420而与燃料电池310的阴极接触。升管密封件424的操作还可以阻止燃料从燃料电池堆叠100中泄漏出来(参见图3a)。
50.参看图4b，互连件400的燃料侧可包括至少部分地界定燃料通道418的肋片416，所述燃料通道被配置成向设置于其上的燃料电池310的阳极提供燃料。互连件400的燃料侧可分成包括燃料通道418的燃料流场430，以及包围燃料流场430和燃料入口402和燃料出口404的周边密封表面432。肋片416和燃料通道418可在与空气侧通道408和肋片406延伸的方向垂直或基本上垂直的方向上延伸。
51.框形周边密封件434可设置于周边密封表面432上。周边密封件434可配置成阻止空气进入燃料流场430而与相邻燃料电池310上的阳极接触。周边密封件434的操作还可以阻止燃料离开燃料升管403、405以及从燃料电池堆叠300中泄漏出来(参见图3a和3b)。
52.密封件424、434可包含玻璃或陶瓷密封材料。密封材料可具有低电导率。在一些实施例中，可通过在互连件400上印刷一或多个密封材料层、随后烧结来形成密封件424、434。
53.燃料流结构
54.如图1a中所示，在常规燃料电池系统中，经由金属阳极分隔板36向燃料电池堆叠提供燃料和燃料废料以及从燃料电池堆叠接收燃料和燃料废料。阳极分隔板36彼此通过燃料入口导管32和阳极排出导管34实现流体连通。导管32、34包括与阳极分隔板36焊接且与充当介电质绝缘子的陶瓷组件焊接的金属管。因而，使阳极分隔板36实现流体连通依赖于昂贵的介电质组件和大量的现场焊接。因此，需要更具成本效益的方法向燃料电池堆叠提供燃料以及从燃料电池堆叠接收燃料废料。
55.图5a是根据本公开的多种实施例的燃料流结构500的分解俯视透视图，并且图5b是图5a的燃料流结构500的分解仰视透视图。参看图5a和5b，燃料流结构500包括燃料导管320和燃料增压室350。燃料增压室350可包括密封环354、玻璃或玻璃陶瓷密封件356、底板360、介电层364、盖板366、密封板370和歧管板380。
56.燃料增压室350可配置成与燃料导管320形成不透流体的连接。燃料导管320可包括被配置成向燃料增压室350提供燃料的入口导管320a，以及被配置成从燃料增压室350接收燃料废料的出口导管320b。燃料导管320可包括金属管322、金属波纹管324和介电质环326。金属管322可通过例如铜焊、焊接或压合而与波纹管324和介电质环326耦接。波纹管324可通过变形吸收应力而用于补偿燃料电池组件之间的热膨胀系数差异。在替代实施例中，金属管322自身可包括波纹管或完全由波纹管制成而非与波纹管324耦接，以便金属管/波纹管322可直接与介电质环326耦接。介电质环326可作为介电质绝缘子操作，以阻止电流通过燃料导管320导电且阻止设置于燃料增压室350上的燃料电池堆叠发生电短路。
57.底板360、介电层364和盖板366可分别包括入口孔361a、365a、367a和出口孔361b、365b、367b，所述孔可以是延伸贯穿相应板和层的通孔。底板360可包括被配置成与陶瓷连接件39配合的突起362，如图1a中所示。底板360和盖板366可由致密的介电质材料形成。举例来说，底板360和盖板366可由基本上无孔的电绝缘陶瓷材料形成，例如氧化铝、氧化锆、氧化钇稳定化氧化锆(ysz)(例如3％氧化钇稳定化氧化锆)等。底板360和盖板366可为被配置成向介电层364提供支撑的刚性板。
58.在一些实施例中，介电层364可由介电常数高于底板360和/或盖板366的陶瓷材料的陶瓷材料形成。换句话说，介电层364能够耐受比底板360和盖板366更高的最大电场而不会电击穿变得导电(即，具有更高的击穿电压)。举例来说，介电层364可由在高温下高度电绝缘的多孔陶瓷纱或织物的一或多个层形成，例如获自3m公司的nextel陶瓷织物标号312、440或610。
59.在其它实施例中，介电层364可由陶瓷基质复合(cmc)材料或因具有高表面积与体积比而具有高介电强度的任何类似材料形成。cmc可包括例如氧化铝(例如矾土)、氧化锆或碳化硅基质。还可选择其它基质材料。纤维可由矾土、碳、碳化硅或任何其它适合材料制成。在一个实施例中，基质与纤维均可包含矾土。因此，介电层364可配置成作为介电质绝缘子操作以阻止通过燃料增压室350导电。
60.盖板366和底板360可具有比介电层364更高的密度。举例来说，盖板366和/或底板360可由充分致密的陶瓷材料形成，例如97％到99.5％致密矾土等。盖板366被配置成将密封板370与介电层364分隔。因而，盖板366可被配置成阻止金属物质从密封板370扩散到介电层364中。举例来说，盖板366可减少且/或阻止铬物质(例如铬氧化物)从密封板370扩散到介电层364中，以便阻止铬物质降低介电层364的介电强度和/或以其它方式使介电层364
的结构完整性降级。
61.密封板370和歧管板380可由容易焊接到燃料导管320的金属或金属合金(例如不锈钢)形成。举例来说，密封板370和/或歧管板380可由446不锈钢等形成。446不锈钢包括23到27重量％cr、1.5重量％或更少的mn、1重量％或更少的si、ni、c、p和/或s中的一或多者，以及其余的fe。在一些实施例中，可通过将多个金属副板铜焊在一起来形成密封板370和/或歧管板380。在使用金属副板形成的实施例中，可在铜焊工艺之前或之后，切割每块副板以形成不同结构，例如孔洞和/或通道。在一些实施例中，可利用激光切割等来切割此类结构。
62.密封板370和歧管板380可在一侧或两侧(例如至少在板370、380的面向彼此的侧面)分别包括涂层372、382。涂层372、382的厚度范围可以是约75μm至约200μm，例如约100μm至约175μm、约110μm至约140μm，或约120μm。典型地，涂层372、382可包含金属氧化物材料，例如钙钛矿材料，例如亚锰酸锶镧(lsm)。或者，替代或除lsm之外，也可使用其它金属氧化物涂层，例如尖晶石，例如(mn,co)3o4尖晶石(mco)。可使用具有组成mn
2-x
co
1 x
o4(0≤x≤1)或写作z(mn3o4) (1-z)(co3o4)(其中(1/3≤z≤2/3)或写作(mn,co)3o4的任何尖晶石。在其它实施例中，可以使用lsm和mco的混合层或lsm和mco层的堆叠作为涂层372、382。涂层372、382可使用喷涂或浸涂工艺形成且可涂覆于密封板370和歧管板380的基本上所有外表面上。
63.密封板370可包括入口孔374a和出口孔374b，所述孔可以是在其顶表面与底表面之间延伸的通孔。歧管板380可在歧管板380的相对侧包括形成于其底表面中的底部入口孔384a和底部出口孔384b以及可形成于其顶表面中的顶部入口孔390a和顶部出口孔390b。尽管显示了三个顶部入口孔390a和三个顶部出口孔390b，但本公开不限于顶部出口孔390b和顶部入口孔390a的任何特定数目。举例来说，视相应燃料电池堆叠的互连件400中所含的燃料入口和出口的数量而定，歧管板380可包括两个、四个、五个或更多个顶部入口孔390a且可包括两个、四个、五个或更多个顶部出口孔390b。举例来说，如果互连件具有三个入口和三个出口，那么歧管板380具有三个入口孔390a和三个出口孔390b。
64.底板360、介电层364、盖板366、密封板370和歧管板380可以彼此上下堆叠，以便使入口孔361a、365a、367a、374a、384a对准以形成入口导管通道352a，且使出口孔361b、365b、367b、374b、384b对准以形成出口导管通道352b。可将入口导管320a和出口导管320b分别插入入口导管通道352a和出口导管通道352b中，使得入口导管320a和出口导管320b的末端328可延伸到且/或超过密封板370的上表面。
65.图6a是密封板370的俯视图，并且图6b是沿着图6a的线l3所取的横截面视图。
66.在密封板370的顶表面未涂覆涂层372的区域中，可围绕入口孔374a和出口孔374b分别形成入口密封区域378a和出口密封区域378b。因而，入口密封区域378a和出口密封区域378b可具有等于涂层372厚度的的深度d2，例如约120μm的深度d2。
67.根据本公开的各种实施例，图7a是歧管板380的仰视图，图7b是沿着图7a的线l4所取的横截面视图，且图7c是歧管板380的示意俯视图。参看图7a-7c，可在歧管板380的底表面中形成分别包围底部入口孔384a和底部出口孔384b的入口凹槽386a和出口凹槽386b。入口凹槽386a和出口凹槽386b的深度d3可在约0.5mm至约6mm范围内。
68.在歧管板380的底表面未涂覆涂层382的区域中，可围绕入口凹槽386a和出口凹槽
386b分别形成入口密封区域388a和出口密封区域388b。因而，入口密封区域388a和出口密封区域388b可具有等于涂层382厚度的深度d4，例如约120μm的深度d4。
69.歧管板380还可以包括内部入口通道392a和出口通道392b。入口通道392a可使底部入口孔384a与相应的顶部入口孔390a实现流体连通。出口通道392b可使底部出口孔384b与相应的顶部出口孔390b实现流体连通。入口通道392a可被配置成使得从共用底部入口孔384a向每个顶部入口孔390a提供的燃料量基本上相等(例如燃料流量相等)。出口通道392b可被配置成使得从每个顶部出口孔390b向共用底部出口孔384b提供的燃料废料量基本上相等。
70.另外，歧管板380可包括电接点381。歧管板380可电连接到燃料电池堆叠的底部，且电接点381可从歧管板380向外侧延伸且可被配置成提供使歧管板380与电流收集电路连接的连接点。
71.图8a是沿着图5a的线l1所取的立面横截面视图，其显示组装的燃料增压室350和入口导管320a，并且图8b是立面横截面视图或沿着图5a的线l2的立面横截面视图，其显示组装的燃料增压室350和出口导管320b。
72.参看图5a、5b、8a和8b，底板360、介电层364、盖板366、密封板370和歧管板380彼此上下堆叠，借此形成入口导管通道352a和出口导管通道352b。入口导管320a可面向底部入口孔384a插入入口导管通道352a中。出口导管320b可面向底部出口孔384b插入出口导管通道352b中。
73.可在歧管板380的底表面上的入口凹槽386a中且围绕入口导管320a设置第一密封环354a。可在歧管板380的底表面上的出口凹槽386b中且围绕出口导管320b设置第二密封环354b。入口导管320a和出口导管320b可焊接到密封板370。确切地说，焊接工艺可包括将第一密封环354a和第二密封环354b焊接到入口导管320a和出口导管320b，以及将第一密封环354a和第二密封环354b焊接到密封板370的表面，以确保在入口导管320a和出口导管320b与密封板370之间形成不透流体的密封。
74.第一玻璃或玻璃陶瓷密封件356a可设置于密封板370的入口密封区域378a中，并且第二玻璃或玻璃陶瓷密封件356b可设置于歧管板380的入口密封区域388a中。第三玻璃或玻璃陶瓷密封件356c可设置于密封板370的出口密封区域378b中，并且第四玻璃或玻璃陶瓷密封件356d可设置于歧管板380的出口密封区域388b中。然而，在其它实施例中，可使用单个玻璃或玻璃陶瓷密封件。可加热密封件356a-356d以使密封件356a-356d软化，使得密封件356a-356d形成不透流体的连接，从而以物理方式使密封板370与歧管板380连接。
75.入口密封区域378a、388a可重叠形成一个入口密封区域358a，并且出口密封区域378b、388b可重叠形成一个出口密封区域358b。第一密封件356a和第二密封件356b可在入口密封区域358a中彼此上下堆叠，并且第三密封件356c和第四密封件356d可在出口密封区域358b中彼此上下堆叠。涂层372、382可彼此上下堆叠。因而，入口密封区域358a和出口密封区域358b的高度可等于涂层372、382的组合厚度。
76.入口密封区域358a和出口密封区域358b可向玻璃或玻璃陶瓷密封件356a-356d提供侧向膨胀(当加热到燃料电池系统的操作温度时)的空间，借此减小随时间施加于玻璃或玻璃陶瓷密封件356a-356d的应力。另外，由于密封板370和歧管板380可由相同材料形成，因此密封板370和歧管板380可具有匹配的热膨胀系数(cte)。因此，可进一步减小随时间施
加于玻璃或玻璃陶瓷密封件356a-356d的应力。
77.玻璃或玻璃陶瓷密封件356a-356d可由高温玻璃或玻璃陶瓷材料形成，例如硅酸盐或铝硅酸盐玻璃或玻璃陶瓷材料。在一些实施例中，玻璃或玻璃陶瓷密封件356a-356d可由包含sio2、bao、cao、al2o3、k2o和/或b2o3的硅酸盐玻璃或玻璃陶瓷密封材料形成。举例来说，以重量计，密封材料可包括：含量在约40％至约60％、例如约45％至约55％范围内的sio2；含量在约10％至约35％、例如约15％至约30％范围内的bao；含量在约5％至约20％、例如约7％至约16％范围内的cao；含量在约10％至约20％、例如约13％至约15％范围内的al2o3；以及含量在约0.25％至约7％、例如约0.5％至约5.5％范围内的b2o3。在一些实施例中，密封材料可另外包括含量在约0.5％至约1.5％、例如约0.75％至约1.25％范围内的k2o。
78.在一些实施例中，玻璃或玻璃陶瓷密封件356a-356d可由包含sio2、b2o3、al2o3、cao、mgo、la2o3、bao和/或sro的硅酸盐玻璃或玻璃陶瓷密封材料形成。举例来说，以重量计，密封材料可包括：含量在约30％至约60％、例如约35％至约55％范围内的sio2；含量在约0.5％至约15％、例如约1％至约12％范围内的b2o3；含量在约0.5％至约5％、例如约1％至约4％范围内的al2o3；含量在约2％至约30％、例如约5％至约25％范围内的cao；含量在约2％至约25％、例如约5％至约20％范围内的mgo；以及含量在约2％至约12％、例如约5％至约10％范围内的la2o3。在一些实施例中，密封材料可另外包括含量在约0％至约35％、例如约0％至约30％或约0.5％至约30％范围内(包括约20％至约30％)的bao，和/或含量在约0％至约20％、例如约0％至约15％、约0.5％至约15％范围内(包括约10％至约15％)的sro。在一些实施例中，密封材料可另外包括非零量(例如至少0.5wt.％)的bao和/或sro中的至少一者，例如非零量(例如至少0.5wt.％)的bao和sro中的两者。然而，可使用其它适合的密封材料。
79.当组装成燃料电池堆叠(例如图3a-3c的燃料电池堆叠300)时，顶部入口孔390a可与堆叠300的互连件400的燃料入口402实现流体连通，并且顶部出口孔390b可与互连件400的燃料出口404实现流体连通，如图4a所示。举例来说，可在顶部入口孔390a与相邻互连件400的燃料入口402之间设置玻璃或玻璃陶瓷密封件424，并且可在顶部出口孔390b与相邻互连件400的燃料出口404之间设置玻璃或玻璃陶瓷密封件424，以便提供不透流体的连接。
80.尽管上文在各种实施例中描述了固体氧化物燃料电池，但实施例可以包括任何其它燃料电池，例如熔融碳酸盐、磷酸或pem燃料电池。
81.前述方法描述仅作为说明性实例提供且不希望需要或暗示各种实施例的步骤必须按所展示的次序来执行。如本领域技术人员将了解，前述实施例中的步骤次序可以任何次序进行。例如“随后”、“然后”、“接下来”等词语不一定旨在限制步骤的次序；这些词语可用于在整个方法描述中引导读者。另外，以单数形式对权利要求元件的任何提及(例如使用冠词“一(a/an)”或“所述(the)”)不应被解释为将所述元件限于单数。
82.此外，本文所述的任何实施例的任何步骤或组件可在任何其它实施例中使用。
83.所公开方面的以上描述是为了使本领域技术人员能够实施或使用本发明而提供。本领域技术人员将显而易知对这些方面的各种修改，且在不脱离本发明的范围的情况下，本文中所定义的一般原理可应用于其它方面。因此，本发明不希望局限于本文中所示的各方面，而是希望被赋予与本文中所揭示的原理和新颖特征一致的最宽范围。