一种新型密封结构的平板式固体氧化物电解池堆

摘要

本发明公布一种新型密封结构的平板式固体氧化物电解池堆，属于高温水蒸气电解制氢领域。平板式固体氧化物电解池堆由顶板、底板和至少两个以上的平板式固体氧化物电解池单元串接组成，固体氧化物电解池单元由金属双极板、金属密封框、平板式固体氧化物电解池片和集流网组成，电解池片嵌装在金属密封框内用内密封条密封和绝缘。本发明通过电堆密封结构改进，将外密封和内密封分开，可有效减少电解池片与相邻组件的接触面积，减少因不同组件热膨胀系数差异带来的热应力，保持电解池片的稳定，提高平板式固体氧化物电解池堆的密封效果和热循环稳定性，对于高温固体氧化物电解池技术的发展具有重要的意义，适用于大规模的高温水蒸气电解制氢。

主权项

一种新型密封结构的平板式固体氧化物电解池堆，其特征在于，新型密封结构的平板式固体氧化物电解池堆，包括顶板(1)、底板(7)和至少两个以上的平板式固体氧化物电解池单元；2～100个平板式固体氧化物电解池单元串接组成平板式固体氧化物电解池堆，一级平板式固体氧化物电解池单元的第一块金属双极板(6)阴极面为上级平板式固体氧化物电解池单元的第二块金属双极板(6)阴极面，一级平板式固体氧化物电解池单元的第二块金属双极板(6)阳极面为下级平板式固体氧化物电解池单元的第一块金属双极板(6)阳极面，底板(7)的阳极面代替了第一级平板式固体氧化物电解池单元的第一块金属双极板阳极面，顶板(1)的阴极面代替了末级平板式固体氧化物电解池单元第二块金属双极板阴极面，用螺杆穿过顶板(1)和底板(7)上的螺栓孔(8)并用绝缘套管和绝缘垫片将平板式固体氧化物电解池单元串接成平板式固体氧化物电解池堆，底板(7)的阳极面为平板式固体氧化物电解池堆的阳极，顶板(1)的阴极面为平板式固体氧化物电解池堆的阴极，底板(7)上与氧气流道(11)平行的一组气体进出孔道(12)和每级平板式固体氧化物电解池单元的空气和氧气回路连通，该组气体进出孔道(12)为平板式固体氧化物电解池堆与外部连接的空气和氧气进出口，底板(7)上与氧气流道(11)垂直的气体进出孔道(12)和每级平板式固体氧化物电解池单元的水蒸气和氢气回路连通，该组气体进出孔道(12)为平板式固体氧化物电解池堆与外部连接的水蒸气和氢气进出口；所述平板式固体氧化物电解池单元的自下而上结构为，第一块金属双极板(6)阳极面向上，阳极集流网(5)置于金属双极板(6)阳极面的氧气流道(11)的区域上，金属密封框(4)置于第一块金属双极板(6)上，金属密封框(4)有凹槽(9)的阴极面向上，金属密封框(4)的气孔(10)和第一块金属双极板(6)上的气孔(10)互相对准，金属密封框(4)阳极面与第一块金属双极板(6)阳极面之间用外密封(13)密封和绝缘，其中，在金属密封框(4)的4条边内各有1条外密封(13)，在氧气流道(11)区域的两侧各有1条与氧气流道(11)平行的外密封(13)，将两排与氧气流道(11)平行的气孔(10)和两排与氧气流道(11)垂直的气孔(10)隔开，固体氧化物电解池片(3)嵌装在金属密封框(4)的凹槽(9)内，4条内密封(14)在凹槽(9)内将固体氧化物电解池片(3)与金属密封框(4)密封和绝缘，固体氧化物电解池片(3)的氧电极朝下，固体氧化物电解池片(3)的氢电极和金属密封框(4)的阴极面在同一平面内，阳极集流网(5)置于固体氧化物电解池片(3)的氧电极和第一块金属双极板(6)阳极面之间，阴极集流网(2)置于固体氧化物电解池片(3)的氢电极上，第二块金属双极板(6)阴极面向下置于阴极集流网(2)，第二块金属双极板(6)阴极面上的氢气流道(15)与第一块金属双极板(6)阳极面上的氧气流道(11)互相正交，第二块金属双极板(6)的气孔(10)也和金属密封框(4)上的气孔(10)互相对准，金属密封框(4)与第二块金属双极板(6)阴极面之间用外密封(13)密封和绝缘，其中，在金属密封框(4)的4条边内各有1条外密封(13)，在氢气流道(15)区域的两侧各有1条与氢气流道(15)平行的外密封(13)，将两排与氢气流道(15)平行的气孔(10)和两排与氢气流道(15)垂直的气孔(10)隔开，在整个平板式固体氧化物电解池单元中，第一块金属双极板(6)、阳极集流网(5)、固体氧化物电解池片(3)、阴极集流网(2)和第二块金属双极板(6)的电接触形成串联电路，两块金属双极板(6)以及金属密封框(4)上的两排与氢气流道(15)垂直的气孔(10)和第二块金属双极板(6)上的氢气流道(15)构成水蒸气和氢气回路，两块金属双极板(6)以及金属密封框(4)上的两排与氧气流道(11)垂直的气孔(10)和第一块金属双极板(6)上的氧气流道(11)构成空气和氧气回路。