CN219419115U - 固体氧化物电池堆叠的模块构造 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种固体氧化物电池堆叠的模块构造。所述固体氧化物电池堆叠的模块构造处于燃料电池***或电解槽电池***中，每个固体氧化物电池堆叠均包括具有燃料侧(100)、富氧侧(102)以及位于所述燃料侧和所述富氧侧之间的电解质材料(104)的单元电池(174)，每个固体氧化物电池堆叠(103)均包括由在高温下具有高导电性的材料制成的流场板(121)，每个固体氧化物电池堆叠(103)均具有四个成角度的结构，每个固体氧化物电池堆叠(103)均包括由电绝缘的材料制成的气体密封结构(128)，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造具有用于燃料气体的入口侧和出口侧的内部气体分布结构(127)。

Description

固体氧化物电池堆叠的模块构造

技术领域

本实用新型涉及固体氧化物燃料电池(SOFC)堆叠的模块构造或固体氧化物电解器电池(SOEC)堆叠的模块构造。

背景技术

世界上的大部分能源是通过石油、煤炭、天然气或核能生产的。所有这些生产方法都有其特定的问题，例如，可用性和对环境的友好性受到关注。就关注环境而言，特别是石油和煤炭在其燃烧时会造成污染。核能的问题至少是储存用过的燃料。

特别是由于环境问题，新能源、更环保的并且例如比上述能源具有更好效率的新能源已被开发。燃料电池是很有前途的未来能源解决方案，通过燃料电池，燃料能量例如沼气，以环境友好的过程以及将电力转化为燃料的电解器中经由化学反应直接转化成电力。

诸如光伏和风能的可再生能源生产方法面临季节性生产变化的问题，因为其电力生产受到环境影响的限制。在生产过剩的情况下，通过水电解生产氢气被认为是未来的储能选择之一。此外，电解电池也可用于从可再生沼气库生产高质量的甲烷气体。

本实用新型涉及固体氧化物燃料电池(SOFC)堆叠的模块构造或固体氧化物电解器电池(SOEC)堆叠的模块构造。燃料电池使阳极上的输入反应物燃料气体和阴极上的气态氧化剂(氧气)发生反应以产生电。电解器反应与燃料电池相反，即电被用于生产燃料和氧气。SOFC和SOEC堆叠包括以夹持方式堆叠的电池元件和分离器，其中，每个电池元件均通过夹持电解质、阳极侧和阴极侧而构成。反应物被流场板引导至多孔电极。

如图1所示，燃料电池包括燃料侧100和富氧侧102以及在其二者之间的电解质材料104。这里，该结构被称为单元电池174(图1、图2)。在固体氧化物燃料电池(SOFC)中，氧气被供给到富氧侧102，并且通过接收来自阴极的电子而被还原成负氧离子。输入流在出口侧处耗尽氧气。负氧离子穿过电解质材料104转移到燃料侧100，在燃料侧100中，其与燃料气体108反应，产生电子、水以及典型的一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO₂)，即燃料废气177。阳极和阴极通过外部电路111连接，外部电路111包括用于燃料电池的负载，该负载将电能与热量一起从***中提取。在甲烷、一氧化碳和氢燃料情况下的燃料电池反应如下所示：

阳极：CH₄+H₂O＝CO+3H₂

CO+H₂O＝CO₂+H₂

H₂+O^2-＝H₂O+2e^-

阴极：O₂+4e^-＝2O^2-

净反应：CH₄+2O₂＝CO₂+2H₂O

CO+1/2O₂＝CO₂

H₂+1/2O₂＝H₂O

在电解操作模式(固体氧化物电解器电池(SOEC))中，该反应是逆向的，即，热量以及来自源110的电能被供应到电池，在电池中，水和通常还有二氧化碳在阴极侧中被还原，形成氧离子，氧离子穿过电解质材料104移动到发生氧化反应的阳极侧。可以在SOFC和SOEC模式中使用相同的固体电解质电池。在这种情况下以及在本说明书的上下文中，电极通常基于燃料电池操作模式而被命名为阳极和阴极，而在纯SOEC应用中，氧电极可以被命名为阳极，而反应物电极可以被称为阴极。

固体氧化物电解器电池在允许发生高温电解反应的温度下运行，所述温度通常在500-1000℃之间，但不同于所述限制的温度可能是有用的。这些操作温度与SOFC的条件类似。净电池反应产生氢气和氧气。如下所示一摩尔水在阳极处发生水减少的情况下的反应：

阴极：H₂O+2e^---->2H₂+O^2-

阳极：O^2---->1/2O₂+2e^-

净反应：H₂O--->H₂+1/2O₂

在固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解器(SOE)堆叠中，这里通常被称为固体氧化物电池堆叠通过堆叠的不同电池层而组合，其中，阴极气体的流动方向相对于每个电池内部的阳极气体以及相邻电池之间的气体的流动方向。此外，阴极气体或阳极气体或两者可以在其被排出之前穿过一个以上的电池，并且多个气流可以在穿过初级电池之后以及在穿过次级电池之前被分离或合并。这些组合用于增加电流密度并使横穿电池和整个电池堆叠的热梯度最小化。

SOFC在正常操作中传送约0.8V的电压，并且SOEC传送约1.3V的电压。为了增加总电压输出，单元电池174通常被组装成堆叠，其中，电池经由流场板(也包括：分离器板、互连板、互连器板、双极板)电连接。所需电压电平决定了所需电池的数量。

双极板将相邻电池单元的阳极侧和阴极侧分离，并且同时能够使阳极和阴极之间电子传导。互连或双极板通常设置有多个通道，用于在互连板的一侧上的燃料气体和在另一侧上的富氧气体的通过。燃料气体的流动方向被限定为从电池单元的燃料入口部分到燃料出口部分的基本方向。同样，富氧气体的流动方向被限定为从电池单元的入口部分到其出口部分的基本方向。

传统上，电池彼此上下堆叠，其中完整的重叠导致例如具有共流的堆叠，在一侧上具有所有燃料和氧化剂入口，而在相对侧上具有所有燃料与氧化剂出口。影响运行中结构的温度的一个特征是供给到电池中的燃料的蒸汽重整(steam reformation)。蒸汽重整是吸热反应并冷却电池的燃料入口边缘。

由于电化学过程的放热性，出口气体的离开温度比入口温度高。当吸热和放热反应在SOFC堆叠中结合时，会产生横穿堆叠的显著的温度梯度。大的热梯度在堆叠中引起热应力，这是非常不期望的，并且其导致了电流密度和电阻的差异。因此，存在SOFC堆叠的热管理问题：减少热梯度，足以避免不可接受的应力，并通过均匀的电流密度分布使电效率最大化。

现有技术的燃料电池堆叠或电解器电池堆叠具有在堆叠中的电池结构之间的单元电池结构厚度的公差变化。例如，在使用陶瓷材料的电池堆叠结构中，现有技术实施方式中仅便于仅以微米为单位来测量厚度变化。这导致电池之间的流动条件不同，并引起电池堆叠结构中的电池电压分布变化，这导致电池间的热梯度和堆叠的功率密度降低。因此，降低了堆叠的占空比，并缩短了堆叠的寿命，前者增加了每一生产电力输出的堆叠的资本成本，而后者增加了堆叠结构的操作成本，例如，在燃料电池***中缩短了堆叠的更换时间，并且增加了电解器堆叠中的电成本。

高温固体氧化物电池堆叠由于其在燃料电池和电解模式中的极高效率而成为优选的转化技术。与该技术相关的固有挑战也源于高温，挑战的是材料的腐蚀而引起结构的内部电阻增加，从而分别降低燃料电池和电解器的发电和制氢能力。腐蚀问题可能存在于堆叠结构的多个位置中，但通常在包含多种三重区域。在这样的材料***中，例如，由于其良好的耐腐蚀性和在其它堆叠材料之间匹配热膨胀特性，因此，通常由铁素体不锈钢等级制成的金属互连材料可以通过例如改变金属的晶体结构或通过改变金属表面的保护性氧化物结构(这最终可能导致通过钢材料的平面氧化而产生燃料和氧气混合的直接路径，从而引起结构的严重损坏)而与通常由至少部分玻璃材料制成的密封结构反应。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在改进燃料电池堆叠或电解器电池堆叠的可靠性和结构。这是通过在燃料电池***或电解器电池***中的固体氧化物电池堆叠的模块构造来实现。

根据一个方面，本实用新型提供一种固体氧化物电池堆叠的模块构造，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造处于燃料电池***或电解槽电池***中，每个固体氧化物电池堆叠均包括具有燃料侧、富氧侧以及位于所述燃料侧和所述富氧侧之间的电解质材料的单元电池，每个固体氧化物电池堆叠均包括由在高温下具有高导电性的材料制成的流场板，每个固体氧化物电池堆叠均具有四个成角度的结构，每个固体氧化物电池堆叠均包括由电绝缘的材料制成的气体密封结构，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造具有用于燃料气体的入口侧和出口侧的内部气体分布结构，氧气侧气体传送是基于氧气侧气体传送开放结构的，并且所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括用于电流收集的端板，并且所述单元电池、所述流场板和所述气体密封结构被布置成位于所述端板之间的固体氧化物电池堆叠形式的叠层，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造被布置成2×N矩阵，N为任意自然数，并且所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括位于两个相邻固体氧化物电池堆叠之间的燃料入口歧管和燃料出口歧管，所述燃料入口歧管和所述燃料出口歧管形成燃料歧管，以将供应的燃料气体传送到所述固体氧化物电池堆叠并且从所述固体氧化物电池堆叠传送燃料废气，并且从燃料气体供应和燃料废气连接的角度来看，所述固体氧化物电池堆叠以并联连接的方式被布置在所述燃料歧管中，并且所述固体氧化物电池堆叠布置有公共氧气侧气体供应室和公共氧气侧废气室，所述公共氧气侧气体供应室连接氧气侧气体传送开放结构的入口侧，所述公共氧气侧废气室连接氧气侧气体传送开放结构的出口侧，并且所述入口歧管包括通向所述固体氧化物电池堆叠的可控尺寸的气流孔，用于形成通向所述固体氧化物电池堆叠的均匀气流，并且所述出口歧管包括通向所述固体氧化物电池堆叠的可控尺寸的气流孔，用于形成来自所述固体氧化物电池堆叠的均匀气流，并且所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括第一气体密封件、第一电绝缘板和位于所述燃料歧管和所述固体氧化物电池堆叠之间的第二气体密封件，并且在所述固体氧化物电池堆叠的顶侧上和底侧上，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括第二电绝缘板114、用于所述固体氧化物电池堆叠的压缩结构和位于所述固体氧化物电池堆叠之间的空气侧密封结构，并且每个固体氧化物电池堆叠的端板均与电连接件连接。

所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括用于控制各个气流孔的尺寸以在所述固体氧化物电池堆叠之间形成均匀气流的部件。

所述燃料歧管在所述燃料歧管的第一端处具有入口管连接件，并且在所述燃料歧管的第二端处具有出口管连接件。

所述空气侧密封结构在中间部分包括硬陶瓷并且在边缘部分包括软陶瓷。

所述燃料歧管和所述固体氧化物电池堆叠的覆盖部分由具有相同热膨胀系数的至少一种材料制成。

所述第一电绝缘板由至少一种致密材料制成。

所述第二电绝缘板由至少一种多孔材料制成。

所述燃料歧管由铁素体钢制成。

所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括以串联连接被电气地布置的至少两个固体氧化物电池堆叠的对。

所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括以串联连接被布置的X个固体氧化物电池堆叠，其中X为自然数并且满足2N/X＝Y，其中N和Y为自然数。

所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括位于所述固体氧化物电池堆叠的顶侧上或底侧上、用于补偿所述固体氧化物电池堆叠之间的高度公差的补偿结构。

所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括气密结构，所述燃料歧管、所述固体氧化物电池堆叠、所述第一气体密封件和所述第一气体密封件以及所述第一电绝缘板和所述第二电绝缘板被定位于所述气密结构中，并且所述空气侧密封结构抵靠所述气密结构被密封。

所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括位于所述气密结构内部的所述压缩结构。

所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括位于所述气密结构外部的所述压缩结构。

所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括通过焊接而连接在一起以增加结构的刚度和强度的所述燃料入口歧管和所述燃料出口歧管。

本实用新型的益处是一种实用的电池堆叠模块构造，其可以根据所选择的燃料电池或电解电池应用来确定尺寸，从而节省时间、经济成本和组装空间。

附图说明

图1示出了单个燃料电池结构。

图2示出了重复出售的氧化物电池结构。

图3从正面示出了根据本实用新型的第一示例性电池堆叠模块构造。

图4从背面示出了根据本实用新型的第二示例性电池堆叠模块构造。

图5从正面示出了根据本实用新型的第二示例性电池堆叠模块构造。

图6示出了示例性歧管结构。

图7示出了空气侧密封结构内部的压缩结构。

图8示出了空气侧密封结构外部的压缩结构。

具体实施方式

根据本实用新型，燃料电池堆叠或电解器堆叠包括至少两个单个重复结构。单个重复结构包括：至少一个电化学活性单元电池结构，该结构包括燃料侧、富氧侧以及位于二者之间的电解质，该结构被放置在至少两个流场板之间，一个流场板在单元电池结构的富氧侧中分配富氧气体，另一个流场板在单元电池结构的燃料侧中分配燃料气体；以及至少一个密封装置，该至少一个密封装置以其预期外壳密封气体气氛。流场板具有用于燃料气体和/或富氧气体的至少一个入口开口以及用于用过的燃料气体和/或富氧气体的至少一个出口开口。燃料气体和富氧气体的流动方向可以被布置为：共流构造，其中，两种气体在单元电池的每一侧基本上流向相同方向；或逆流布置，其中，在燃料和富氧气体之间流动方向基本上是相反的；或总流量布置，其中，在燃料和富氧气体之间或在它们的组合中，流动方向基本上呈90°角。

图2示出了燃料电池堆叠的流场板121。完整的燃料电池堆叠包括以所示方式彼此相继放置的多个流场板121。本实施方式中的板是矩形且对称的。包括在阳极电极与阴极电极之间的电解质层的单元电池174被放置在流场板121之间，大致位于板的中间。电解质元件结构可以是任何合适的电解质元件结构，因此本文不再详细描述。流场板121和单元电池174用气体密封结构128来密封，该气体密封结构优选由可压缩材料制成，例如陶瓷、矿物或玻璃材料。当电池被组装成堆叠结构时，根据本实用新型的气体密封结构128被压缩。两个相对的流场板121和单元电池174以及在二者之间的气体密封结构128形成了单个重复结构。

图2的燃料电池堆叠构造包括通向流量分配区域并通向流量出口区域的限流孔135、136。气体密封结构128在限流孔135、136之上被压缩。限流孔135、136通过向流动路径产生额外的压力降(pressure sink)来确保燃料流均匀分布到燃料电池电极的整个有效区域。气体密封结构128还在燃料电池的重复结构之间产生类似的压力损失条件，以确保燃料电池的每个重复结构的均匀流量分配特性。燃料电池堆叠中的均匀流量分配还确保了燃料电池堆叠的均匀热分布条件，即，堆叠中电池之间的相似热梯度。因此，提高了燃料电池堆叠的占空比，并且使燃料电池堆寿命变得更长。

气体密封结构128的目的还在于确保氧化剂和燃料不会在电化学活性区域内没有燃料电池反应的情况下直接混合，并且确保燃料和氧化剂不会从电化学电池泄漏出来，并且确保相邻的电化学电池彼此没有电接触，并且确保氧化剂和燃料被供应到期望的流场板121。流场板121是由金属合金、陶瓷材料、金属陶瓷材料或能够承受燃料电池中存在的化学、热和机械应力的其它材料制成的平面薄板。富氧气体可以是包括可测的氧气量的任何气体或气体混合物。

用于形成流场板121的轮廓表面的优选制造方法为如下方法，即：使用塑性变形的方法，例如冲压、成形、压制等，其中，改变材料的形状但不添加或移除材料；或者是添加材料的方法，例如焊接、烧结和激光烧结或诸如蚀刻和机械加工的移除。如果流场材料是脆性的，则可以使用其它制造方法，例如挤压、铸造、印刷、模塑等。气体孔通常可以在同一制造步骤中被制成。

每个流场板121均可以在堆叠组件结构中被类似制成，因此需要期望数量的仅一种类型的板来生产具有期望数量的重复单元电池174的燃料电池堆叠。这简化了该结构并易于燃料电池的制造。

固体氧化物电解器堆叠与固体氧化物燃料电池堆叠的不同之处仅在于，利用与现有技术中描述的燃料电池反应相反的反应，使用电来生产燃料。

燃料电池***中单个最大的能量消耗装置是被用于向燃料电池堆叠的阴极室供应空气的鼓风机或压缩机。供气装置的功耗与其压缩空气所需的压力水平成比例。此外，在固体氧化物电解器***中，空气通常被供应至阳极，以便控制电解器堆叠的热平衡，并维持阳极室上良好限定的氧分压。燃料电池和电解器***中的主要压力损失源之一是堆叠本身。有利的是，以这样的方式设计该装置，即，装置的空气侧具有通向周围大气的开放通道。

在图3至图5中示出了在燃料电池***或电解器电池***中根据本实用新型的第一示例性和第二示例性电池堆叠模块构造。在固体氧化物电池堆叠的模块构造中，每个堆叠(以下也被称为固体氧化物电池堆叠、燃料电池堆叠或电池堆叠)均包括具有燃料侧100、富氧侧102以及在燃料侧和富氧侧之间的电解质材料104的单元电池174。每个电池堆叠103均包括由在高温下具有高导电性的材料制成的流场板121。优选地，高导电性意味着面积比电阻值小于0.1欧姆cm²，并且优选地低于0.01欧姆cm²。高温意味着温度值超过400℃。每个堆叠均具有四个成角度的结构，以及由电绝缘的材料制成的气体密封垫圈。该构造具有用于燃料气体的入口侧和出口侧的内部气体分布结构127。氧气侧气体传送是基于开放通道结构。该构造包括用于电流收集的端板170，并且单元电池174、流场板121和气体密封结构128被布置呈位于端板170之间的电池堆叠103形式的叠层。

根据本实用新型的示例性模块构造包括被布置成2×N矩阵的电池堆叠103，N为任何自然数。该构造包括位于两个相邻电池堆叠103之间的燃料入口歧管150和燃料出口歧管152，燃料入口歧管150和燃料出口歧管152形成燃料歧管171，以将供应燃料气体108传送到堆叠并且从堆叠传送燃料废气177。从燃料气体供应和燃料废气连接的角度来看，堆叠以并联连接被布置在歧管中。

在又一实施方式中，模块构造包括以串联连接被电气地布置的至少两个电池堆叠103的对。在进一步的实施方式中，模块构造包括以串联连接被布置的X个电池堆叠103，其中，X为自然数，并且满足2N/X＝Y，这里N和Y为自然数。电池堆叠103设置有公共氧气侧气体供应室106和公共氧气侧废气室176，所述公共氧气侧气体供应室连接氧气侧气体传送开放结构105的入口侧，所述公共氧气侧废气室连接氧气侧气体传送开放结构105的出口侧。如图4和图5中所示，燃料歧管171可以在歧管的第一端处具有入口管连接件160并且在歧管的第二端处具有出口管连接件162。在另一个实施方式中，燃料歧管171可以在歧管的第一端处具有入口管连接件160，在歧管的第二端处具有出口管连接件162，并且也可以是其它的布置。燃料歧管171包括通向电池堆叠103的尺寸可控的气流孔，用于基于燃料歧管171的入口管连接件160和出口管连接件162之间的压力差而形成流到堆叠和来自堆叠的均匀气流。在一个优选实施方式中，模块构造包括用于控制各个气流孔133、137(图6)的尺寸的部件，用于在电池堆叠103之间形成均匀的气流。压力损失可能需要在气流孔133、137之间具有的不同孔尺寸。

如图7中所示，模块装置还包括在燃料歧管171和电池堆叠103之间的第一气体密封件155、第一电绝缘板119和第二气体密封件156。在电池堆叠103的顶侧122和底侧124上，模块构造包括第二电绝缘板114、用于电池堆叠103的压缩结构116和在堆叠之间的气密结构。每个堆叠的端板170均与电连接件173连接。模块构造可以包括气密结构200，其中燃料歧管171、电池堆叠103、第一气体密封件155和第二气体密封件156以及第一电绝缘板119和第二电绝缘板114被定位于其中。空气侧密封结构169已抵靠气密结构200被密封。

在根据本实用新型的实施方式中，模块构造可以包括气密结构内部(图7)的压缩结构116。在根据本实用新型的其它实施方式中，模块构造可以包括气密结构外部(图8)的压缩结构116。

在优选实施方式中，模块构造可以包括位于顶侧122和底侧124中的定心结构。该定心结构可以包括螺纹孔和密封部分。在一个优选实施方式中，模块装置可以包括位于电池堆叠103的顶侧122上的补偿板，以补偿电池堆叠103之间的高度公差。模块构造可以优选地包括燃料歧管171中的这样的气流结构，以形成压力条件，其中，燃料入口歧管150和燃料出口歧管152中的压力损失比单个单元电池174中的压力损失小。图6中所示的示例性燃料歧管171包括入口管连接件160和出口管连接件162与通向堆叠的气流孔133和来自堆叠的气流孔137的连接。在优选实施方式中，燃料入口歧管150和燃料出口歧管152可以通过焊接连接在一起，以增加结构刚度和强度。

燃料歧管171和电池堆叠103的覆盖部分优选地由具有大约相同热膨胀系数的材料制成。空气侧密封结构169优选地在中间部分包括硬陶瓷并且在边缘部分包括软陶瓷。燃料歧管171优选地由铁素体钢制成。第一电绝缘板119优选地由至少一种致密材料制成。第二电绝缘板114优选地由多孔材料中的至少一种制成。所述致密或多孔材料优选是陶瓷材料和/或矿物质。气体密封结构128和第一气体密封件155以及第二气体密封件156优选地通过丝网印刷技术来制造，并且它们至少部分由玻璃材料、玻璃陶瓷材料或钎焊合金材料制成。模块构造优选地包括陶瓷和/或玻璃胶，以将电池和第一气体密封件155和第二气体密封件156结合在一起。

在一个实施方式中(例如图2)，流动孔的高度可以由从流量分配区域的底部和流量出口区域的底部中的至少一者到垫圈结构的底部的距离来确定，以稳定堆叠的重复结构中的流量分配，其在电解质元件结构厚度上具有公差变化。电池之间的类似的压力损失条件是通过利用垫圈结构来实现的，该垫圈结构可以被压缩并且也可以至少从流动部分被预压缩，以便实现均匀的热分布，即，在堆叠中的电池之间的类似的热梯度。因此，提高了固体氧化物电池堆叠的占空比，并且还使堆叠的寿命变得更长。

根据本实用新型的电池堆叠构造可以包括通向流量分配区域并且通向流量出口区域的限流孔。在一个实施方式中，装置可以被用于将燃料供给流从燃料电池的侧部引导到流量分配区域。垫圈结构被压缩在限流孔之上。限流孔通过对流动路径产生额外的压力降而确保燃料流均匀分布到燃料电池电极的整个活性区域。垫圈结构也在燃料电池的重复结构之间产生类似的压力损失条件，这确保燃料电池的每个重复结构的均匀流量分配特性。燃料电池堆叠中的均匀流量分配还确保了燃料电池堆叠的均匀热分布条件，即，堆叠中电池之间的类似的热梯度。因此，提高了燃料电池堆叠的占空比，并且使燃料电池堆寿命变得更长。

垫圈结构的目的还在于确保氧化剂和燃料不会在电化学活性区域内部没有燃料电池反应的情况下直接混合，并且确保燃料和氧化剂不会从电化学电池泄漏，并且确保相邻的电化学电池不会彼此电接触，并且确保氧化剂和燃料被供应到期望的流场板平面。流场板是由金属合金、陶瓷材料、金属陶瓷材料或能够承受存在于燃料电池中的化学、热和机械应力的其它材料制成的平面薄板。富氧气体可以是包括可测量的氧气量的任何气体或气体混合物。

因此，虽然已经示出并描述和指出了本实用新型的应用于其优选实施方式的基本新颖特征，但应将理解，本领域技术人员可以在不脱离本实用新型精神的情况下，对本实用新型的形式和细节进行各种省略、替换和改变。例如，显然，执行基本相同结果的那些元件的所有组合都在本实用新型的范围内。从一个所描述的实施方式到另一个所述实施方式的元件的替换也是完全预期和深思熟虑的。还应理解，附图不一定按比例绘制，但它们本质上只是概念性的。因此，其意图旨在仅限于所附权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种固体氧化物电池堆叠的模块构造，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造处于燃料电池***或电解槽电池***中，每个固体氧化物电池堆叠均包括具有燃料侧、富氧侧以及位于所述燃料侧和所述富氧侧之间的电解质材料的单元电池，每个固体氧化物电池堆叠均包括由在高温下具有高导电性的材料制成的流场板，每个固体氧化物电池堆叠均具有四个成角度的结构，每个固体氧化物电池堆叠均包括由电绝缘的材料制成的气体密封结构，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造具有用于燃料气体的入口侧和出口侧的内部气体分布结构，氧气侧气体传送是基于氧气侧气体传送开放结构的，并且所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括用于电流收集的端板，并且所述单元电池、所述流场板和所述气体密封结构被布置成位于所述端板之间的固体氧化物电池堆叠形式的叠层，其特征在于，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造被布置成2×N矩阵，N为任意自然数，并且所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括位于两个相邻固体氧化物电池堆叠之间的燃料入口歧管和燃料出口歧管，所述燃料入口歧管和所述燃料出口歧管形成燃料歧管，以将供应的燃料气体传送到所述固体氧化物电池堆叠并且从所述固体氧化物电池堆叠传送燃料废气，并且从燃料气体供应和燃料废气连接的角度来看，所述固体氧化物电池堆叠以并联连接的方式被布置在所述燃料歧管中，并且所述固体氧化物电池堆叠布置有公共氧气侧气体供应室和公共氧气侧废气室，所述公共氧气侧气体供应室连接氧气侧气体传送开放结构的入口侧，所述公共氧气侧废气室连接氧气侧气体传送开放结构的出口侧，并且所述燃料入口歧管包括通向所述固体氧化物电池堆叠的可控尺寸的气流孔，用于形成通向所述固体氧化物电池堆叠的均匀气流，并且所述燃料出口歧管包括通向所述固体氧化物电池堆叠的可控尺寸的气流孔，用于形成来自所述固体氧化物电池堆叠的均匀气流，并且所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括位于所述燃料歧管和所述固体氧化物电池堆叠之间的第一气体密封件、第一电绝缘板和第二气体密封件，并且在所述固体氧化物电池堆叠的顶侧上和底侧上，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括第二电绝缘板、用于所述固体氧化物电池堆叠的压缩结构和位于所述固体氧化物电池堆叠之间的空气侧密封结构，并且每个固体氧化物电池堆叠的端板均与电连接件连接。

2.根据权利要求1所述的固体氧化物电池堆叠的模块构造，其特征在于，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括用于控制各个气流孔的尺寸以在所述固体氧化物电池堆叠之间形成均匀气流的部件。

3.根据权利要求1所述的固体氧化物电池堆叠的模块构造，其特征在于，所述燃料歧管在所述燃料歧管的第一端处具有入口管连接件，并且在所述燃料歧管的第二端处具有出口管连接件。

4.根据权利要求1所述的固体氧化物电池堆叠的模块构造，其特征在于，所述空气侧密封结构在中间部分包括硬陶瓷件并且在边缘部分包括软陶瓷件。

5.根据权利要求1所述的固体氧化物电池堆叠的模块构造，其特征在于，所述固体氧化物电池堆叠的覆盖部分和所述燃料歧管由具有相同热膨胀系数的材料制成。

6.根据权利要求1所述的固体氧化物电池堆叠的模块构造，其特征在于，所述第一电绝缘板由致密材料制成。

7.根据权利要求1所述的固体氧化物电池堆叠的模块构造，其特征在于，所述第二电绝缘板由多孔材料制成。

8.根据权利要求1所述的固体氧化物电池堆叠的模块构造，其特征在于，所述燃料歧管由铁素体钢制成。

9.根据权利要求1所述的固体氧化物电池堆叠的模块构造，其特征在于，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括以串联连接被电气地布置的至少两个固体氧化物电池堆叠的对。

10.根据权利要求1所述的固体氧化物电池堆叠的模块构造，其特征在于，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括以串联连接被布置的X个固体氧化物电池堆叠，其中X为自然数并且满足2N/X＝Y，其中N和Y为自然数。

11.根据权利要求1所述的固体氧化物电池堆叠的模块构造，其特征在于，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括位于所述固体氧化物电池堆叠的顶侧上或底侧上、用于补偿所述固体氧化物电池堆叠之间的高度公差的补偿结构。

12.根据权利要求1所述的固体氧化物电池堆叠的模块构造，其特征在于，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括气密结构，所述燃料歧管、所述固体氧化物电池堆叠、所述第一气体密封件和所述第二气体密封件以及所述第一电绝缘板和所述第二电绝缘板被定位于所述气密结构中，并且所述空气侧密封结构抵靠所述气密结构被密封。

13.根据权利要求12所述的固体氧化物电池堆叠的模块构造，其特征在于，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括位于所述气密结构内部的所述压缩结构。

14.根据权利要求12所述的固体氧化物电池堆叠的模块构造，其特征在于，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括位于所述气密结构外部的所述压缩结构。

15.根据权利要求1所述的固体氧化物电池堆叠的模块构造，其特征在于，所述固体氧化物电池堆叠的模块构造包括通过焊接而连接在一起以增加结构的刚度和强度的所述燃料入口歧管和所述燃料出口歧管。