和电池中一样，在燃料电池中，电化学活性电池应该串联以生成可用的能量。堆栈是燃料电池串联最常用的术语。一般来说，堆栈设计在于实现气态物质和电流、热管理的无损耗收集并一起输送到电池。原则上，这些对单个电池的电化学性能有直接的影响。另一方面，成功的热管理对于堆栈组合部件的结构完整性非常重要。

与平面电池的替代堆栈结构相比，互连电池无需密封，非常简便^［18］。盘型电池堆栈概念采用无密封的设计理念，包含许多重复单元，每个重复单元都由电池、多孔集流器和金属分离器构成。图9.6显示了单电池堆栈单元的方案。空气和燃料经由分离器内部的通道输送到单元，分离器中间的开口作为多孔集流器的气体入口，气体沿电极顶部径向方向的均匀流方案通过多孔集流器实现。电流束的厚度和孔隙度值被仔细优化以得到气体的轴向扩散最高比率。铁酸盐不锈钢被用作分隔板材料。因为电池上没有圆周密封，未使用的燃料和耗尽的空气自由混合并在堆栈周围燃烧。燃烧热被进一步利用于整个堆栈的热管理和它周围的设备组件的平衡器(蒸气发生器、预重整和热交换器等)。

图9.6 未密封电堆单元的方案图

图9.7显示了第四代1kW级模块的实际电池堆栈单元组。利用独特的内部气歧管概念设计单个分隔板。当分隔板通过在其上部安置陶瓷环被堆栈时，对面角的气孔作为气体流形。分隔板中的内部气体通道连接气体流形与分离器对面中心的两个开口。中间开口提供的燃料气体流经阳极侧电流收集器，经历内部蒸气重整和阳极电极反应。同时，分离器对面开口提供的空气流经阴极侧电流收集器，并参与阴极电极反应。

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图9.7 组装第四代1kW级模块的电池堆单元

除了给电池提供气体和作为不同电池间的电子连接，堆栈设计中的分隔板还有额外的功能，即分隔位于盘型电池中间和作用于气体流形的陶瓷环的压缩力。这项独特的功能与分隔板的柔性臂相匹配。分离器臂的流形末端和陶瓷环必须通过螺栓扣紧，以保证密封。另一方面，电池和电流束被放置的分离器互连部分需要一定水平的压力以使它们之间的电接触电阻最小。互连部分的温和负载要求主要通过在电池堆栈顶部的压力实施。

图9.8中显示的第四代1kW级堆栈包含连接在电气系列上的46个电池。清孔绝缘法兰被安装到堆栈的最后端，并使用双头螺栓固定整个组合。堆栈的进风口与位于堆栈中高位的空气歧管相连，而燃料入口与顶部和底部法兰相连，顶部和底部法兰装有燃料气歧管的内置开口。为了扩大堆栈和设备组件平衡之间的热交换，一个额外的散热板被安装在堆栈内的中高位。

图9.8 第四代1kW级SOFC堆的CAD图