CN101346848A

CN101346848A - 包括具有热部分和冷部分的细长基体的固体氧化物燃料电池装置

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Publication number: CN101346848A
Application number: CNA2006800491793A
Authority: CN
Inventors: A·德沃; L·德沃
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2026-11-08
Also published as: AU2006311545A1; WO2007056518A2; CN101346848B; JP5589105B2; EP2249424A1; US20070104991A1; US7838137B2; JP5643351B2; US20070105003A1; KR101228286B1; CA2629120A1; EP2249424B1; US7883816B2; US7981565B2; US20070105012A1; EP1958287B1; KR20080069674A; JP2013122926A; EP1958287A2; JP2013122925A

Abstract

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池装置以及一种具有多个所述燃料电池装置的燃料电池系统，每个装置包括细长基体，细长基体具有处于长度的第一部分的反应区、和处于长度的第二部分的至少一个冷区，所述长度的第一部分用于加热到工作反应温度，当反应区加热时，所述长度的第二部分保持在工作反应温度以下的低温。在一个实施例中，在反应区的阳极和阴极之间具有电解质，阳极和阴极分别具有延伸到至少一个冷区的外表面的电路，用于在低温下实现电连接。根据另一个实施例，细长基体的长度是最大尺寸，从而细长基体具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀仅仅具有与所述长度同延伸的一个主轴。根据再一个实施例，燃料和/空气供应部件在冷端部处连接到装置，用于将燃料和/或空气供应到细长基体内的通道中。本发明的系统还包括多个所述装置，装置的第一部分处于热区室中，它们的冷区延伸到热区室的外部。热源连接到热区室，以将反应区加热到工作反应温度。根据一个实施例，在冷区实现至阳极和阴极的电连接。本发明还提供使用方法和制造方法。

Description

包括具有热部分和冷部分的细长基体的固体氧化物燃料电池装置

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池装置和系统、以及制造所述装置的方法，尤其涉及一种成多层整体SOFC Stick^TM形式的固体氧化物燃料电池装置。

背景技术

已经发现，陶瓷管应用于制造固体氧化物燃料电池(SOFC)。燃料电池有多种类型，每种类型具有在不燃烧的情况下转化燃料和空气以产生电能的不同机构。在SOFC中，燃料和空气之间的阻挡层(“电解质”)是陶瓷层，它可使氧原子迁移通过该陶瓷层以完成化学反应。因为陶瓷在室温下是一种差的氧原子传导体，因此燃料电池工作在700℃到1000℃，并且陶瓷层做得尽可能薄。

早期，西屋公司(Westinghouse Corporation)使用长的、直径相当大的氧化锆陶瓷挤压管生产管状SOFC。通常，管长度为几英尺长，管的直径为1/4英寸到1/2英寸。燃料电池的整套结构通常含有大致十根管。随时间发展，研究人员和工业团体确定了含有8mol％Y₂O₃的氧化锆陶瓷的配方。这种材料由诸如日本Tosoh生产，产品为TZ-8Y。

制造SOFC的另一种方法是使用氧化锆的平板，与其他阳极和阴极堆积在一起以形成燃料电池结构。与西屋公司设想的长而窄的装置相比，这种平板结构可以是立方体形状，边长为6到8英寸，使用夹持机构将整个堆保持在一起。

另一种较新的方法设想利用大量直径较小的、壁非常薄的管。在SOFC中使用薄壁陶瓷是非常重要的，因为氧离子的传输速率受距离和温度的限制。如果使用较薄的氧化锆层，则最终装置可以在保持相同的效率的情况下在较低的温度下工作。文献中描述了需要将陶瓷管的壁厚做到150μm或更小。

妨碍SOFC的成功实施有几个主要技术问题。一个问题是需要防止陶瓷元件在加热过程中开裂。为此，管状SOFC方案优于竞争型“堆”类型(由大而平的陶瓷板制成)，因为管是大致一维的。管例如能够在中部加热，膨胀但不开裂。例如，管形炉能加热长36”、直径4”的氧化铝管，并且在中心被加热到红热，但在端部冷到可以触摸。因为管在中心区被均匀加热，中心区膨胀，使管变长，但不开裂。仅在中心加热的陶瓷板将快速破碎成小片，因为中心膨胀而外侧保持相同尺寸。管的关键性质是，它是单轴向的，或一维的。

第二个重要挑战是与SOFC形成接触。SOFC理想情况下工作在高温下(通常700-1000℃)，但它还需要连接到外界的空气和燃料，以及还需要电连接。理想上，人们希望在室温下连接。在高温下连接是有问题的，因为不能使用有机材料，从而必须使用玻璃密封或机械密封。这些是不可靠的，部分是因为膨胀问题。而且它们价格也高。

因此，先前的SOFC系统的困难涉及上面所述的至少两个问题。平板技术的困难也涉及到在气体端口密封方面的板的边缘问题，且其困难还有快速加热以及开裂。管的方案解决了开裂问题，但仍存在其他问题。SOFC管仅应用为气体容器。为了工作，它必须在较大的空气容器内使用。这将使体积增大。使用管的主要挑战是必须在管外部同时加热和提供空气；空气为反应提供O₂，加热用于加速反应。通常，热量通过燃料燃烧施加，因此不是提供具有20％O₂(通常值)的空气，空气实际上被部分还原(部分燃烧提供热量)，这降低了电池的驱动势。

SOFC管还受到其规模的限制。为了实现较大kV输出，必须增加更多的管。每根管是单个电解质层，从而体积增大是明显的。固体电解质管技术在可实现的电解质薄度方面也受限制。较薄的电解质是更有效的。对于高功率，最佳的电解质厚度为2μm或者甚至1μm，但这在固体电解质管中非常难以实现。需要注意的是，单个燃料电池区域产生大约0.5到1伏(这是由于化学反应的驱动力而固有的，与电池产生1.2V方式相同)，但电流以及由此得出的功率取决于多个因素。较高的电流源自使较多氧离子在给定时间内迁移通过电解质的多个因素。这些因素有较高的温度、较薄的电解质以及较大的面积。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一种固体氧化物燃料电池装置，包括细长基体，其长度是最大尺寸，从而细长基体具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀仅仅具有与长度同延伸的一个主轴(dominant axis)。反应区沿着长度的第一部分设置，且构造成被加热到工作反应温度，至少一个冷区沿着长度的第二部分设置，且构造成在反应区加热时保持在工作反应温度以下的低温。电解质在反应区中设置在阳极和阴极之间，且阳极和阴极分别具有延伸到至少一个冷区的外表面的电气通路，用于在工作反应温度以下的低温下形成电连接。本发明还提供了一种具有多个燃料电池装置的燃料电池系统，每个燃料电池装置被定位成使第一部分位于热区室中、至少一个冷区延伸到热区室外。热源连接到热区室，并适于将装置的反应区在热区室内加热到工作反应温度。所述系统还包括连接到冷区中的每个外表面且与至少一个阳极的电气通路电接触的连接元件、以及连接到冷区中的每个外表面且与阴极的至少一个电气通路电接触的连接元件。

根据另一个实施例，本发明提供了一种固体氧化物燃料电池装置，包括细长基体，其长度是最大尺寸，从而细长基体具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀仅仅具有与长度同延伸的一个主轴。反应区沿着长度的第一部分设置，且构造成被加热到工作反应温度，至少一个冷区沿着长度的第二部分设置，且构造成在反应区加热时保持在工作反应温度以下的低温。多个燃料通道和氧化剂通道设置在细长基体中，且从至少一个冷区延伸到反应区，每个燃料通道在反应区中具有相关阳极，每个氧化剂通道在反应区中具有相关阴极，相关阴极与相关阳极中的相应一个成相对关系。电解质在反应区中设置在每个相对阳极和阴极之间。本发明还提供了一种具有多个燃料装置的燃料电池系统，每个装置被定位成使第一部分位于热区室中、至少一个冷区延伸到热区室外。热源连接到热区室，并适于将装置的反应区在热区室内加热到工作反应温度。所述系统还包括燃料供应部件，所述燃料供应部件在热区室的外部连接到至少一个冷区，且与燃料通道流体连通，用于将燃料流供应到燃料通道中。

根据再一个实施例，本发明提供了一种固体氧化物燃料电池装置，包括细长基体，该细长基体具有与第一端部邻近的第一冷端区、与第二端部邻近的第二冷端区、以及在第一和第二冷端区之间的热反应区，其中热反应区构造成被加热到工作反应温度，第一和第二冷端区构造成保持在工作反应温度以下的低温。燃料入口位于第一冷端区，相应的燃料出口位于热反应区或第二冷端区中的一个，燃料入口和燃料出口之间通过细长燃料通道连接，所述细长燃料通道至少部分延伸穿过细长基体内的热反应区。类似地，氧化剂入口位于第二冷端区中，相应的氧化剂出口位于热反应区或第一冷端区中的一个，氧化剂入口和氧化剂出口之间通过细长氧化剂通道连接，所述细长氧化剂通道至少部分延伸穿过细长基体内的热反应区，且与细长燃料通道是平行和相对关系。阳极与细长基体内的热反应区的燃料通道邻近，并电连接到细长基体上的位于第一和第二冷端区之一处的第一外接触面。阴极与细长基体内的热反应区的氧化剂通道邻近，并电连接到细长基体上的位于第一和第二冷端区之一处的第二外接触面。固体电解质位于阳极和阴极之间，负电连接元件连接至第一外接触面，正电连接元件连接至第二外接触面。本发明还提供了一种具有多个燃料电池装置的燃料电池系统，每个燃料电池装置被定位成使热反应区位于热区室中、第一和第二冷端区延伸到热区室的外部。热源连接到热区室，并适于将装置的反应区在热区室内加热到工作反应温度。所述系统还包括燃料供应部件，所述燃料供应部件在热区室的外部连接到至少一个冷端区，且与燃料通道流体连通，用于将燃料流供应到燃料通道中；以及空气供应部件，所述空气供应部件在热区室的外部连接到第二冷端区，且与氧化剂通道流体连通，用于将空气流供应到氧化剂通道中。

根据又一个实施例，本发明提供了一种固体氧化物燃料电池装置，包括细长基体，所述细长基体具有之间有一长度的第一端部和相反的第二端部、沿所述长度的第一部分的与第一端部邻近的冷区、以及沿所述长度的第二部分的与第二端部邻近的热反应区，其中热反应区构造成被加热到工作反应温度，冷区构造成保持在工作反应温度以下的低温。燃料入口定位在冷区中，且连接到细长燃料通道，所述细长燃料通道在细长基体内延伸经过热反应区到达与第一端部邻近的相应燃料出口。类似地，氧化剂入口定位在冷区中，且连接到细长氧化剂通道，所述细长氧化剂通道在细长基体内延伸经过热反应区到达与第一端部邻近的相应氧化剂出口，且与细长燃料通道成平行和相对关系。阳极在细长基体内、在热反应区中与燃料通道邻近定位，并电连接到细长基体上的位于冷区中的第一外接触面。阴极在细长基体内、在热反应区中与氧化剂通道邻近定位，并电连接到细长基体上的位于冷区中的第二外接触面；固体电解质位于阳极和阴极之间，负电连接元件连接到第一外接触面，正电连接元件连接到第二外接触面。本发明还提供了一种具有多个燃料电池装置的燃料电池系统，每个燃料电池被定位成使热反应区位于热区室中、冷区延伸到热区室的外部。热源连接到热区室，并适于将装置的反应区在热区室内加热到工作反应温度。所述系统还包括燃料供应部件，所述燃料供应部件在热区室的外部连接到冷区，且与燃料通道流体连通，用于将燃料流供应到燃料通道中；以及空气供应部件，所述空气供应部件在热区室的外部连接到冷区，且与氧化剂通道流体连通，用于将空气流供应到氧化剂通道中。

根据另一个实施例，本发明提供了一种制造固体氧化物燃料电池装置的方法。所述方法包括提供长度是最大尺寸的细长整体烧结陶瓷基体，从而细长基体具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀仅仅具有与所述长度同延伸的一个主轴，且细长基体包括多个第一通道、以及与多个第一通道中的相应一个成相对关系定位的多个第二通道。然后，使用包括阳极颗粒和第一液体的流体阳极材料填充第一通道，随后去除第一液体，以便从而在每个第一通道的表面上形成一层阳极颗粒。还使用包括阴极颗粒和第二液体的流体阴极材料填充第二通道，随后去除第二液体，以便从而在每个第二通道的表面上形成一层阴极颗粒。

附图说明

包括在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与上面给出的本发明的总体描述以及下面给出的详细描述一起用于解释本发明。

图1和1A分别以侧剖视图和顶剖视图示出了本发明的基本SOFCStick^TM装置的一个实施例，其中具有单个阳极层、阴极层和电解质层、以及在两个端部冷区之间的热区；

图2以透视图示出了本发明的SOFC Stick^TM装置的一个实施例上的连接着燃料供应管的第一端部；

图3A以透视图示出了根据本发明的一个实施例的SOFC Stick^TM装置，其具有修改的端部；

图3B以透视图示出了连接到图3A的装置的一个修改端部的燃料供应管；

图4A以透视图示出了根据本发明的一个实施例的、用于与正和负电压接点形成电连接的至多个SOFC Stick^TM装置的冶金结合加装结构；

图4B以示意性端部视图示出了根据本发明的一个实施例的多个SOFCStick^TM装置之间的连接，其中，每个SOFC Stick^TM装置包括多个阳极和阴极；

图5以示意性端部视图示出了根据本发明的一个实施例的、用于形成至正和负电压接点的电连接的机械加装结构；

图6A和6B以透视图示出了可选实施例，其中，SOFC Stick^TM装置在加装有燃料和空气供应管的一个端部处具有单个冷区，另一个端部处于热区中；

图7A和7B分别以侧剖视图和顶视图示出了根据本发明的一个实施例的空气和燃料通道中的多个支撑柱；

图7C和7D是示出了根据本发明的另一个实施例的在燃料和空气通道中的用作支撑柱的球体的显微图；

图8A以剖视图示出了本发明的一个实施例，其中包括在外部并联的两个燃料电池；

图8B以剖视图示出了类似于图8A的本发明的另一个实施例，但两个燃料电池在内部利用跨接部并联；

图9A和9B以剖视图示出了根据本发明的一个实施例的具有共享阳极和阴极的多燃料电池设计，其中图9A示出了并联的三个燃料电池层，图9B示出了串联的三个燃料电池；

图10以示意性侧视图示出了根据本发明的一个实施例的SOFC Stick^TM装置，其中，燃料供应管连接到装置的冷端部，空气通道在热区中装置一侧敞开，用于将加热空气在热区中供应到装置；

图10A以示意性侧视图示出了图10的实施例的一个变型，其中，热区位于相反的冷端部之间；

图10B示出了图10A的SOFC Stick^TM装置沿线10B-10B所作的顶剖视图；

图11-24示意性地示出了本发明的不同实施例，其中，图11提供了图12-24中所示的各个部分的图例；

图25A和图27A以示意性俯视图以及图27B以示意性侧视图示出了根据本发明的一个实施例的具有锅柄设计的SOFC Stick^TM装置，其中，细长区位于一个冷端部处，大表面积区位于相反的热端部处；

图25B和26A以示意性俯视图以及图26B以示意性侧视图示出了锅柄设计的可选实施例，其中，两个细长区位于相反的冷端部，中心大表面积区位于中心热区中；

图28A-28D示出了根据本发明的一个实施例的具有螺旋的或卷绕的管状结构的SOFC Stick^TM装置，其中，图28A-28C分别以示意性顶视图、端部视图和侧视图示出了未卷绕的结构，图28D以示意性透视图示出了螺旋的或卷绕的管状结构；

图29A-29G示出了本发明的另一个可选实施例，其中，SOFC Stick^TM装置具有管状同心结构，图29A以示意性等轴测视图示出了该装置，图29B-29E示出了图29A的剖视图，图29F示出了空气输入端的端部视图，图29G示出了燃料输入端的端部视图；

图30A以示意性侧剖视图示出了本发明SOFC Stick^TM装置的一个实施例，其中在热区的活性区之前具有集成的预热区，图30B和30C是图30A的装置分别沿线30B-30B和30C-30C所作的示意性剖视图；

图31A-31C类似于图30A-30C，但示出了两个冷区以及中心热区；

图32A-32B分别是沿图32A的线32B-32B所作的示意性侧剖视图和示意性顶剖视图，示出了与图31A-31C所示的类似的一个实施例，但它还包括在燃料入口和燃料通道之间延伸以及在空气入口和空气通道之间延伸的预热室，每个预热室从冷区延伸到热区的预热区；

图33A-33C示出了用于对空气和燃料进行预热的本发明的另一个实施例，其中，图33A是经过SOFC Stick^TM装置的纵向中心的示意性侧剖视图，图33B是沿图33A的线33B-33B所作的示意性顶剖视图，图33C是沿图33A的线33C-33C所作的示意性底剖视图；

图34A和34B分别以示意性前斜视图和示意性侧视图示出了本发明的一个实施例，它具有在外部相互串联的多个阳极和阴极；

图35以示意性侧视图示出了图34B的两个结构，这两个结构在外部通过金属条带连接，以形成串-并联设计；

图36A和36B以示意性侧视图和透视图示出了本发明的另一个实施例，包括在热区中用于串联和/或并联连接阳极和阴极的金属带、以及长金属带，所述长金属带从热区延伸到冷区，用于在冷区中形成至正和负电压接点的低温连接；

图37以示意性等轴测视图示出了与图36B的实施例类似的一个实施例，但它具有单个冷区，所述单个冷区用于空气和燃料供应连接、以及电压接点连接；

图38A和38B以示意性侧剖视图示出了本发明的一个实施例，其具有沿着装置的侧面的多个排出间隙，以便将结构内的用于形成通道的有机材料烧除；

图39以示意性端部剖视图示出了本发明的另一个实施例，其中，阳极材料用作支撑结构，称为SOFC Stick^TM装置的阳极支撑方案；

图40A和40B分别以示意性端部剖视图和示意性侧剖视图示出了根据本发明的SOFC Stick^TM装置的另一个实施例的阳极支撑方案，其中，利用多孔阳极起到输送燃料经过装置的功能，从而不再需要开口的燃料通道；

图41A和41B分别以示意性端部剖视图和示意性顶剖视图示出了根据本发明SOFC Stick^TM装置的阳极支撑方案的另一个实施例，其中，多个空气通道设在阳极支撑结构内，单个燃料通道垂直于多个空气通道设置；

图42A-42C以示意性剖视图示出了根据一个实施例的用于在本发明的SOFC Stick^TM装置的通道中形成电极层的方法；

图43以示意性侧剖视图示出了本发明的另一个实施例，其中，电解质层设有不平的形貌，以增大可以接收电极层的表面积；

图44以示意性侧剖视图示出了本发明的用于在电解质层上提供不平的形貌的可选实施例；

图45A以示意性顶视图以及图45B以通过热区的剖视图示出了本发明的SOFC Stick^TM装置的一个实施例，该实施例在装置的左、右侧均具有多个燃料电池，左、右侧之间具有桥接部分；

图46A和46B分别以示意性透视图和示意性剖视图示出了本发明的SOFC Stick^TM装置的另一个实施例，该实施例具有大的外部接触垫，以便提供大或宽的低电阻路径而使电子传导到装置的冷端部；

图47以示意性侧剖视图示出了本发明的另一个实施例的SOFC Stick^TM装置，它具有用于耗用后的燃料和空气的单个废气通道；以及

图48A-48C示出了称为“端部卷绕SOFC Stick^TM装置”的可选实施例，其具有厚部分和薄卷绕部分，其中，图48A以透视图示出了未卷绕的装置，图48B以侧剖视图示出了卷绕的装置，图48C以透视图示出了卷绕的装置。

具体实施方式

在一个实施例中，本发明提供了一种SOFC装置和系统，其中，燃料端口和空气端口被形成在一个整体结构中。在一个实施例中，SOFC装置是一种细长结构，基本上是相当扁平的或矩形棒(因此，称为SOFC Stick^TM装置)，其中，长度明显大于宽度或厚度。SOFC Stick^TM装置能够具有冷端部，而中心是热的(冷端部＜300℃，热中心＞400℃，最有可能＞700℃)。陶瓷的缓慢导热性可防止热中心充分加热较冷的端部。另外，该端部使到达此处的任何热量快速散失。本发明包括以下实施措施：通过使冷端部用于连接，可以更容易地连接到阳极、阴极、燃料入口和H₂O CO₂出口、以及空气入口和空气出口。虽然管状燃料电池结构也能够具有冷端部和热中心，但现有技术不能发挥陶瓷管的这种优势，相反，将整个管置于炉或者热区中，从而需要高温连接。现有技术认识到为燃料输入提供高温钎焊(brazed)连接的复杂性和成本，但未认识到这里给出的解决方案。本发明的SOFCStick^TM装置长而细，从而具有上面所述的热性能优势，使其在中心加热但仍具有冷端部。这使其结构上能满足温度要求，且连接燃料、空气和电极相当容易。SOFC Stick^TM装置基本上是一种独立系统，为了发电仅仅需要加入热量、燃料和空气。此结构的设计使这些事情可以容易解决。

本发明的SOFC Stick^TM装置是多层结构，并可以利用多层共烧方法制造，由此得到其他几个优点。首先，此装置是整体的，这有助于结构稳固。第二，此装置本身适合常规的大批量制造工艺，例如电容器片的MLCC(多层共烧陶瓷)生产中使用的那些工艺。(可以相信，多层电容生产是工业陶瓷的最大批量的应用，且该技术被证明适于大批量生产)。第三，在不增加额外成本或复杂性的条件下在此结构内可以实现薄的电解质层。利用MLCC方法可以达到2μm厚的电解质层，但难以想像SOFC管的电解质壁厚小于60μm。因此，本发明的SOFC Stick^TM装置可比SOFC管高效大约30倍。最后，本发明的多层SOFC Stick^TM装置可均具有几百或几千层，这提供了最大面积和最大密度。

考虑现有技术的SOFC管与本发明的SOFC Stick^TM装置的表面积。例如，考虑直径0.25”的管与0.25”×0.25”的SOFC Stick^TM装置。对于管，其周长是3.14×D，或者0.785”。对于0.25”的SOFC Stick^TM装置，一层的可用宽度为大约0.2英寸。因此，需要大约4层达到与一根管相同的面积。这些数字与电容器技术中的那些数字差别很大。日本多层电容器的工艺状态目前是600个2μm厚的层。日本可能不久在生产中出现1000层产品，现在是在实验室中制造。这些600层的片式电容器仅仅为0.060”(1500μm)。将此制造技术应用于本发明的SOFC Stick^TM装置，在电解质厚度为2μm以及空气/燃料通道具有相应的10μm厚的阴极/阳极的0.25”装置中，可以生产529层的单个装置。这等同于132根管。为了得到更高功率，现有技术的策略是增加更多的管，增大直径，和/或增大管长度，这导致高功率输出时的结构非常大。另一方面，为得到更高功率，本发明在单个SOFCStick^TM装置中增加更多的层，和/或在装置中使用较薄的层或通道，从而使SOFC技术小型化。此外，本发明的优势是平方效应，就像电容器一样。当电解质层制成一半厚度时，功率加倍，且此时可以在装置中插入更多的层，从而功率再次加倍。

本发明的另一个关键特征是，容易在内部连接各层来增大SOFCStick^TM装置的输出电压。假设每层1伏，则利用导通孔将12层一组连接在一起，本发明的SOFC Stick^TM装置可以得到12伏输出。然后，进一步的连接可以将多个12层一组并联连接，以得到较高的电流。这可以利用目前电容器片技术中使用的方法完成。关键差别在于，本发明克服了其他技术必须使用的钎焊和复杂连线。

与现有技术相比，本发明还提供了更多种的电极选择。贵重金属可以应用于阳极和阴极。银比较便宜，但对于较高的温度，需要含有Pd、Pt或Au的混合物，Pd可能是这三种中价格最低的。很多研究已关注价廉的金属导体。在燃料一侧，已努力尝试使用镍，但在高温下在氧气中的任何暴露将使该金属氧化。导电陶瓷也是公知的，且可以在本发明中应用。总之，本发明可以使用能烧结的任何种类的阳极/阴极/电解质系统。

在本发明的一个实施例中，可能出现以下情况：当大面积2μm的带未得到支撑且在其两侧具有空气/气体时，该层可能变得易碎。可以想到留下横过间隙的柱。这些看上去有点像石钟乳和石笋相遇的洞穴中的柱。它们均匀地和密集地间隔开，为结构提供了好得多的强度。

为了加装气体和空气供应部件，可以想到，端部温度低于300℃，例如低于150℃，从而，高温柔性硅酮管或胶乳橡胶管例如可以用于加装到SOFCStick^TM装置。这些柔性管可以简单地伸展套到装置的端部上，从而形成密封。这些材料在标准McMaster目录中可以得到。硅酮通常在150℃或更高的温度下用作炉垫，而不会丧失其性能。多棒SOFC Stick^TM装置系统的很多硅酮管或胶乳橡胶管可利用倒刺连接件(barb connection)连接到供应部件。

阳极材料或阴极材料，或两个电极材料，可以是金属或合金。阳极和阴极所用的适合的金属和合金是本领域一般技术人员公知的。可选地，一个或两个电极材料可以是导电的原始陶瓷(green ceramic)，这也是本领域一般技术人员公知的。例如，阳极材料可以是涂覆有氧化钇稳定氧化锆的部分烧结的金属镍，阴极材料可以是改性的亚锰酸镧，这是一种钙钛矿结构。

在另一个实施例中，一个或两个电极材料可以是原始陶瓷和导电金属的复合材料，金属的存在量足以使复合材料导电。一般地，当金属颗粒开始接触时，陶瓷基体变成导电的。足以使复合材料基体导电的金属量主要取决于金属颗粒的形貌。例如，一般，球形粉末金属比金属片所需要的金属量高。在一个示例性实施例中，复合材料包括原始陶瓷基体以及分散在其中的40-90％的导电金属颗粒。原始陶瓷基体可以是与电解质层所用的原始陶瓷材料相同或不同。

在一个或两个电极材料包括陶瓷即导电的原始陶瓷或复合材料的实施例中，电极材料中的原始陶瓷以及电解质所用的原始陶瓷材料可以含有可交联的有机粘结剂，从而在层叠过程中，压力足以使各层内的有机粘结剂交联以及在各层之间使聚合物分子链链合。

下面将参考附图，其中相同的附图标记在整个说明书中用于表示相同构件。附图中所用的附图标记如下：

10 SOFC Stick^TM装置

11a 第一端部

11b 第二端部

12 燃料入口

13 燃料预热室

14 燃料通道

16 燃料出口

18 空气入口

19 空气预热室

20 空气通道

21 废气通道

22 空气出口

24 阳极层

25 露出阳极部分

26 阴极层

27 露出阴极部分

28 电解质层

30 冷区(或第二温度)

31 过渡区

32 热区(或加热区或第一温度区)

33a 预热区

33b 活性区

34 燃料供应部件

36 空气供应部件

38 负电压接点

40 正电压接点

42 金属丝

44 接触垫

46 焊接连接部

48 弹簧夹

50 供应管

52 捆扎带

54 陶瓷柱

56 第一跨接部

58 第二跨接部

60 阻隔涂层

62 表面颗粒

64 带纹理表面层

66 阳极悬浮液

70 开口

72 有机材料

80 左侧

82 右侧

84 桥接部分

90 桥接

100 SOFC Stick^TM装置

102 细长区

104 大表面积区

106 细长区

200 螺旋管状SOFC Stick^TM装置

300 同心管状SOFC Stick^TM装置

400 端部卷绕SOFC Stick^TM装置

402 厚部分

404 薄部分

图1和1A分别以侧剖视图和顶剖视图的形式示出了本发明基本的SOFC Stick^TM装置10的一个实施例，其中具有单阳极层24、阴极层26和电解质层28，此时该装置是整体的。SOFC Stick^TM装置10包括燃料入口12、燃料出口16和位于二者之间的燃料通道14。装置10还包括空气入口18、空气出口22和位于二者之间的空气通道20。燃料通道14和空气通道20处于相对和平行的关系，从燃料供应部件34经过燃料通道14的燃料流与从空气供应部件36经过空气通道20的空气流的方向相反。电解质层28处于燃料通道14和空气通道20之间。阳极层24处于燃料通道14和电解质层28之间。类似地，阴极层26处于空气通道20与电解质层28之间。SOFC Stick^TM装置10的其余部分包括陶瓷29，它可以是与电解质层28相同的材料，或者可以是不同的但兼容的陶瓷材料。电解质层28可以认为是处于阳极24和阴极26的相对区域之间的一部分陶瓷，如虚线所示。在电解质层28中，氧离子从空气通道传递到燃料通道。如图1所示，来自空气供应部件36的O₂经过空气通道20，并被阴极层26离子化成2O^-，2O^-通过电解质层28以及通过阳极24进入燃料通道14，在此与来自燃料供应部件34的燃料例如碳氢化合物反应，以首先形成CO和H₂，接着形成H₂O和CO₂。虽然图1示出了利用碳氢化合物作为燃料进行反应，但本发明不限于此。SOFC中通常使用的任何类型燃料可以应用于本发明。燃料供应部件34可以是例如任何碳氢化合物源或氢气源。碳氢化合物燃料的例子有甲烷(CH₄)、丙烷(C₃H₈)和丁烷(C₄H₁₀)。

为了发生反应，必须对SOFC Stick^TM装置10施加热量。根据本发明，SOFC Stick^TM装置10的长度足够长，使装置可以分成在装置中心的热区32(或加热区)以及在装置10的每一端部11a和11b处的冷区30。在热区32和冷区30之间具有过渡区31。热区32通常工作在400℃以上。在示例性实施例中，热区32工作的温度＞600℃，例如＞700℃。冷区30不暴露在热源下，且由于SOFC Stick^TM装置10的长度以及陶瓷材料的热性能优点，热量在热区以外散失，从而冷区30的温度＜300℃。可以相信，热量从热区沿陶瓷长度传递到冷区端部是缓慢的，而热量从热区外的陶瓷材料传递到空气中是相当快的。因此，输入热区的大多数热量在其可到达冷区的端部之前散失到空气中(主要在过渡区)。在本发明示例性实施例中，冷区30的温度＜150℃。在另一个示例性实施例中，冷区30处于室温。过渡区31的温度在热区32的工作温度与冷区30的温度之间，并且在过渡区31内相当多热量产生散失。

因为主热膨胀系数(CTE)沿着SOFC Stick^TM装置10的长度，且由此大致是一维的，因此，允许中心的快速加热而不会开裂。在示例性实施例中，装置10的长度比装置的宽度和厚度大至少5倍。在进一步的示例性实施例中，装置10的长度是装置的宽度和厚度的至少10倍。在更进一步的示例性实施例中，装置10的长度是装置的宽度和厚度的至少15倍。另外，在示例性实施例中，宽度大于厚度，由此提供较大的面积。例如，宽度可以是厚度的至少两倍。作为进一步的例子，0.2英寸厚的SOFC Stick^TM装置10可以具有0.5英寸的宽度。可以理解的是，附图未按比例表示，而仅仅给出相对尺寸的基本概念。

根据本发明，与阳极和阴极的电连接在SOFC Stick^TM装置10的冷区30进行。在一个示例性实施例中，阳极24和阴极26均在冷区30暴露在SOFC Stick^TM装置10的外表面，允许进行电连接。负电压接点38例如经由金属丝42连接到露出阳极部分25，正电压接点40例如经由金属丝42连接到露出阴极部分27。因为SOFC Stick^TM装置10在装置的每一端部11a、11b处具有冷区30，因此可以进行低温刚性电连接，这比一般需要高温钎焊方法进行电连接的现有技术具有明显优势。

图2以透视图示出了SOFC Stick^TM装置10的第一端部11a，供应管50装在端部上并用捆扎带52固定。接着，来自燃料供应部件34的燃料经过供应管50输送到燃料入口12。由于第一端部11a处于冷区30，可以使用柔性塑料管或其他低温类型连接材料将燃料供应部件34连接到燃料入口12。本发明排除了使用高温钎焊进行燃料连接的需要。

图3A以透视图示出了SOFC Stick^TM装置10，这类似于图1所示的装置，但具有修改的第一和第二端部11a、11b。端部11a、11b已被加工成圆柱形端部部分，以便于燃料供应部件34和空气供应部件36的连接。图3B以透视图示出了供应管50连接到第一端部11a，用于将燃料从燃料供应部件34输送到燃料入口12。作为例子，供应管50可以是硅酮管或胶乳橡胶管，利用其弹性与第一端部11a形成紧密密封。可以理解的是，供应管50的柔性和弹性可以在应用于受到振动的移动装置时形成SOFC Stick^TM装置的震动吸收保持器。在现有技术中，管或板是刚性钎焊的，从而如果应用于动态环境，则易于开裂失效。因此，供应管50作为减振器的额外功能，比现有技术具有独特的优势。

请再参看图3A，在SOFC Stick^TM装置10的外表面上设有接触垫44，以便与露出阳极部分25和露出阴极部分27接触。接触垫44的材料应该是导电的，从而将电压接点38、40电连接到它们相应的阳极24和阴极26。可以理解的是，可以使用任何适合的方法形成接触垫44。例如，金属垫可以印刷在烧结SOFC Stick^TM装置10的外表面上。金属丝42例如通过焊接连接部46固定在接触垫44上，以形成可靠连接。焊料是低温材料，由于处于SOFC Stick^TM装置10的冷区30而可被应用。例如，可以使用常用的10Sn88Pb2Ag焊料。本发明消除了对高温电压连接的需要，从而将可能性扩展到任何低温连接材料或措施。

在图3A的透视图中还示出了燃料出口16和空气出口22。燃料通过处于一个冷区30的第一端部11a上的燃料入口12进入，通过与第二端部11b邻近的出口16排出SOFC Stick^TM装置10的侧面。空气通过位于冷区30的第二端部11b中的空气入口18进入，从SOFC Stick^TM装置10的与第一端部11a邻近的一侧的空气出口22排出。虽然出口16和22表示为处于SOFC Stick^TM装置10的同一侧，但可以理解的是，它们可以处于相反侧面，例如，如下面图4A所示的。

通过使空气出口22靠近燃料入口12(类似地，燃料出口16靠近空气入口18)、以及通过重叠层(阳极、阴极、电解质)的紧密靠近，空气出口22起到热交换器的功能，有利地预热了经过燃料入口12进入装置10的燃料(类似地，燃料出口16预热经过空气入口18进入的空气)。热交换器提高了系统的效率。过渡区具有耗用空气和新鲜燃料(以及耗用燃料和新鲜空气)的重叠区，使在新鲜燃料(新鲜空气)到达热区之前传递热量。因此，本发明的SOFC Stick^TM装置10是包括内置热交换器的整体结构。

参看图4A，以透视图示出了多个SOFC Stick^TM装置10的连接，在这种情况下是两个SOFC Stick^TM装置，是通过对齐连接到露出阳极部分25的每个接触垫44并将连接到负电压接点38的金属丝42焊接(在附图标记46处)到每个接触垫44进行的。类似地，连接到露出阴极部分27的接触垫44被对齐，将连接正电压接点40的金属丝42焊接(在附图标记46处)到每个对齐的接触垫44上，如同虚线的部分表示。可以理解的是，因为连接处于冷区30，并且是相对简单的连接，因此，如果需要更换多SOFCStick^TM系统或组件中的一个SOFC Stick^TM装置10，则仅仅需要断开一个装置10的焊接连接，将该装置更换为新装置10，再将金属丝42焊接到新SOFCStick^TM装置10的接触垫上。

图4B以端视图示出了多个SOFC Stick^TM装置10之间的连接，其中，每个SOFC Stick^TM装置10包括多个阳极和阴极。例如，图4B所示的具体实施例包括三组相对的阳极24和阴极26，每个阳极暴露在SOFC Stick^TM装置10的右侧，每个阴极暴露在SOFC Stick^TM装置10的左侧。此时，接触垫置于SOFC Stick^TM装置10的每一侧，以接触相应的露出阳极部分25和露出阴极部分27。在右侧，在阳极24露出的位置，通过经由焊接连接部46将金属丝42固定在接触垫44上，负电压接点38连接到露出阳极部分25上。类似地，通过经由焊接连接部46将金属丝42固定到接触垫44上，在SOFC Stick^TM装置10左侧，正电压接点40电连接到露出阴极部分27上。因此，尽管图1-4A示出了单阳极24与单阴极26相对，但可以理解的是，如图4B所示，每个SOFC Stick^TM装置10可以包括多个阳极24和阴极26，每个露出到SOFC Stick^TM装置10的外表面，以便利用施加到外表面的接触垫44形成电连接，用于连接到相应的电压接点38或40。结构中相对的阳极和阴极的数量可以是几十、几百甚至几千。

图5以端视图示出了在金属丝42和接触垫44之间形成电连接的机械加装结构。在此实施例中，SOFC Stick^TM装置10被定向成使一组电极露在SOFC Stick^TM装置10的顶面。接触垫44可以在冷区30中的一个端部(例如，11a或11b)处施加在每个顶面上。然后，可以用弹簧夹48将金属丝42可拆卸地固定到接触垫44。因此，可以使用冶金结合形成电连接，例如图3A、4A和4B所示；或者可以使用机械连接方法，如图5所示。选择适合的加装机构的灵活性得益于本发明的SOFC Stick^TM装置的冷区30。使用弹簧夹或其他机械加装结构进一步简化了更换多棒组件中的单个SOFCStick^TM装置10的过程。

图6A和6B以透视图示出了在SOFC Stick^TM装置10的第一端部11a处具有单个冷区30且在第二端部11b具有热区32的另一个实施例。在图6A中，SOFC Stick^TM装置10包括并联的三个燃料电池，而图6B的SOFCStick^TM装置10包括单燃料电池。因此，本发明的实施例可以包括单电池设计或多电池设计。为了能够利用单一端部同时输入燃料和空气，空气入口18被重新定向在SOFC Stick^TM装置10侧面上、与第一端部11a邻近。空气通道20(未图示)也与燃料通道14平行，但在此实施例中，空气流动按照与燃料流过SOFC Stick^TM装置10的长度的方向相同的方向。在装置10的第二端部11b处，空气出口22与燃料出口16邻近。可以理解的是，燃料出口16或空气出口22，或者二者，可以从SOFC Stick^TM装置10侧面出口，而不是都在端部表面出口。

如图6B所示，空气供应部件36的供应管50是通过形成穿过供应管50的侧面的孔并将装置10滑过侧孔完成的，使得空气供应部件36的供应管50垂直于燃料供应部件34的供应管50。再者，硅酮管或类似物可以用于此实施例。结合材料可以应用在管50和装置10之间的接头周围，以形成密封。也可以在冷区30中与第一端部11a邻近进行电连接。图6A和6B均示出了正电压连接形成在SOFC Stick^TM装置10的一侧，而负电压连接形成在SOFC Stick^TM装置10的相反侧。然而，可以理解的是，本发明并不限于此。单端输入SOFC Stick^TM装置10的优点在于，仅仅存在一个冷-热过渡区，而不是两个过渡区31，从而SOFC Stick^TM装置可以缩短。

本发明的一个优势是能将活性层做得很薄，从而使SOFC Stick^TM装置能将多个燃料电池结合在单个装置中。活性层越薄，空气通道20或燃料通道14在SOFC Stick^TM装置10的制造过程中塌陷的机会就越大，从而阻挡经过所述通道的流动。因此，在本发明的一个实施例中，如图7A和7B所示，在通道14和20中提供多个陶瓷柱54，以防止电解质层变形和通道阻塞。图7A是侧剖视图，图7B是穿过空气通道20的顶剖视图。根据本发明的一种方法，使用流延法(tape casting)，此时可以使用牺牲带层，在牺牲带层中例如通过激光材料去除法形成多个孔。然后将陶瓷材料填充在孔中，例如通过将陶瓷浆铺展在牺牲带层上以进入这些孔中。当各个层组装在一起后，例如通过溶剂去除牺牲带层的牺牲材料，留下陶瓷柱54。

在形成陶瓷柱54的另一个实施例中，大颗粒预烧结陶瓷可加入有机媒介，例如溶解在溶剂中的塑料，并搅拌形成随机混合物。作为例子而不限制，大颗粒可以是球形，例如直径为0.002英寸的球。然后，将随机混合物施加到原始结构，例如通过在燃料和空气通道14和20所要形成的区域印刷。在烧结(焙烧/烧制)过程中，有机媒介脱离结构(例如，烧掉)，从而形成通道，且陶瓷颗粒留下形成结构上保持通道通畅的柱54。得到的结构示出在图7C和7D的显微图中。柱54随机定位，平均距离是有机媒介中陶瓷颗粒的装载量的函数。

图8A以剖视图示出了含有两个并联燃料电池的本发明的一个实施例。每个活性电解质层28具有在一侧的空气通道20和阴极层26a或26b、以及在相反侧的燃料通道14和阳极层24a或24b。一个燃料电池的空气通道20通过陶瓷材料29与第二燃料电池的燃料通道14分开。露出阳极部分25分别通过电极42连接到负电压接点38，露出阴极部分27分别通过金属丝42连接到正电压接点40。然后，可以使用单一空气供应部件36为多个空气通道20中的每一个供应空气，使用单一燃料供应部件34为多个燃料通道14中的每一个供应燃料。由活性层的上述结构建立的电路表示在图的右侧。

在图8B的剖视图中，SOFC Stick^TM装置10类似于图8A所示的装置，但没有多个露出阳极部分25和多个露出阴极部分27，而是，仅仅在附图标记25露出一个阳极层24a，以及仅仅在附图标记27露出一个阴极层26a。第一跨接部56连接阴极层26a和阴极层26b，第二跨接部58连接阳极层24a和阳极层24b。作为例子，在形成原始层过程中使用激光法得到开口跨接部，然后填充导电材料形成跨接部连接。如图8B右侧的电路所示，在图8B的SOFC Stick^TM装置10中形成与图8A的SOFC Stick^TM装置10相同的电路。

图9A和9B也以剖视图示出了多燃料电池设计，但具有共用的阳极和阴极。在图9A的实施例中，SOFC Stick^TM装置10包括两个燃料通道14和两个空气通道20，但不是两个燃料电池，此结构包括三个燃料电池。第一燃料电池形成在阳极层24a与阴极层26a之间，中间是电解质层28。阳极层24a在燃料通道14的一侧，在此燃料通道14的相对侧是第二阳极层24b。第二阳极层24b与第二阴极层26b相对，二者之间是另一个电解质层，从而形成第二燃料电池。第二阴极层26b在空气通道20的一侧，第三阴极层26c在空气通道20的相对侧。第三阴极层26c与第三阳极层24c相对，二者之间是电解质层28，从而形成第三燃料电池。装置10从阳极层24a到阴极层26c的部分可以在装置内重复多次形成共用阳极和阴极，从而在单个SOFC Stick^TM装置内使燃料电池数量增多。每个阳极层24a、24b、24c包括露出阳极部分25，由此可以在SOFC Stick^TM装置的外表面上形成电连接，以例如通过金属丝42连接到负电压接点38。类似地，每个阴极层26a、26b、26c包括至外表面的露出阴极部分27，以例如通过金属丝42连接到正电压接点40。在一个冷端处可以设置单一空气供应部件36，以便为每个空气通道20实施供应；在相反冷端部处可以设置单一燃料供应部件34，以便为每个燃料通道14实施供应。此结构形成的电路表示在图9A的右侧。SOFC Stick^TM装置10具有并联的三个燃料电池层，可以得到三倍的功率。例如，如果每一层产生1伏和1安，则每个燃料电池层产生1瓦的功率输出(伏×安＝瓦)。因此，这种三层结构将产生1伏和3安，总共3瓦的功率输出。

在图9B中，图9A的结构被修改成提供了与每个电压接点的单一电连接，以形成串联的三个燃料电池，如图9B的右侧的电路所示。正电压接点40在露出阴极部分27处连接到阴极层26a。阳极层24a通过跨接部58连接到阴极层26b。阳极层24b通过跨接部56连接到阴极层26c。此时，阳极层24c在露出阳极部分25连接到负电压接点38。因此，利用相同的每层1安/1伏的假设，这三个电池结构产生3伏和1安，总共3瓦的功率输出。

本发明的另一个实施例示出于图10的侧视图中。在此实施例中，SOFCStick^TM装置10在第一端部11a处具有单个冷区30，第二端部11b在热区32中。像其他实施例一样，燃料入口12在第一端部11a处，并通过供应管50连接到燃料供应部件34。在此实施例中，燃料通道14沿SOFC Stick^TM装置10的长度延伸，燃料出口16处于第二端部11b处。因此，燃料供应连接是在冷区30中进行的，燃料反应物(例如，CO₂和H₂O)的出口在热区32中。类似地，阳极在冷区30中具有露出阳极部分25，以便通过金属丝42连接到负电压接点38。

在图10所示的实施例中，SOFC Stick^TM装置10在至少一侧是敞开的，也可以在两个相反侧都敞开，以便在热区32形成空气入口18和空气通道20。在此实施例中，在空气通道20内使用支撑陶瓷柱54特别有用。空气出口可以位于第二端部11b处，如图所示。可选地，虽然未图示，但是，如果通道20延伸穿过宽度且空气供应部件仅仅朝向输入侧，或者如果通道20不延伸穿过宽度，空气出口可以处于空气入口侧的相对侧。在此实施例中，不是仅仅对热区32提供热量，还提供空气。换句话说，装置10在热区32的侧面是向加热空气敞开的，而不是经过强制空气管供应空气。

图10A以侧视图示出了图10所示实施例的变型。在图10A中，SOFCStick^TM装置10包括相反的冷区30，中心加热区32通过过渡区31与冷区30分开。空气入口18设置在中心加热区32的至少一部分上，用于接收加热空气。然而，在此实施例中，空气通道不是像图10一样在显著大的长度上在SOFC Stick^TM装置10的侧面完全敞开。相反，更清楚地如图10B所示，空气通道20在一部分热区32上敞开，然后在其余长度的侧面上关闭，随后在SOFC Stick^TM装置10的第二端部11b的空气出口22处退出。此实施例允许加热空气在热区32供应，而不是靠强制空气供应管，但还允许燃料和空气在冷区30中的装置10的一个端部11b排出。

虽然已经详细图示和描述了具体的实施例，但本发明的范围并不局限于此。下面将描述本发明更一般的实施例，并且参考图11-24所示的示意图可以更加完全地理解它们。图11提供了图12-24中示意地表示的构件的图例。在燃料(F)或空气(A)以进入SOFC Stick^TM装置的箭头表示的情况下，这表示强制流动，例如通过连接到输入进入点的管。在空气输入未示出的情况下，这表示加热空气通过强制流动连接以外的措施供应到热区，且SOFC Stick^TM装置在热区内的进入点处使空气通道敞开。

本发明的一个实施例是SOFC Stick^TM装置，所述SOFC Stick^TM装置包括至少一个燃料通道和相关阳极，至少一个氧化剂通道和相关阴极，以及它们之间的电解质，其中电池长度明显大于宽度或厚度，从而具有沿一个主轴的CTE，并且其热区的一部分的工作温度大于大约400℃。在此实施例中，SOFC Stick^TM装置在根据主CTE方向的装置的一个端部处具有用于空气和燃料输入的集成进入点；或者在根据主CTE方向的一个端部处具有空气输入，而在另一个端部处具有燃料输入，并且空气和燃料输入处于热区之外。例如，参见图20和24。

在本发明的另一个实施例中，燃料电池具有第一温度区和第二温度区，其中第一温度区是热区，其工作温度足以进行燃料电池反应；第二温度区在热区外部，工作在比第一温度区低的较低温度下。第二温度区的温度足够低，以允许与电极形成低温连接并且允许至少燃料供应部件的低温连接。燃料电池结构部分地伸入第一温度区，部分地伸入第二温度区。例如，参见图12、13和17。

在本发明的一个实施例中，燃料电池包括处于加热区的第一温度区以及工作在300℃以下的温度下的第二温度区。空气和燃料连接作为低温连接利用橡胶管或类似物在第二温度区形成。低温焊接连接部或弹簧夹用于形成至阳极和阴极的电连接，以便将它们连接到相应的负和正电压接点。此外，用于二氧化碳和水的燃料出口以及用于废弃氧气的空气出口位于第一温度区，即加热区。例如，参见图17。

在另一个实施例中，燃料电池结构具有作为加热区的中心第一温度区，燃料电池的每一端部位于第一温度区之外的、工作温度低于300℃的第二温度区中。燃料和空气输入处于第二温度区，用于电连接到阳极和阴极的焊接连接部或弹簧夹也在此区。最后，用于二氧化碳、水和废弃氧气的输出可处于第二温度区。例如，参见图19、20和24。

在本发明的另一个实施例中，燃料输入可设置在根据主CTE方向的每一个端部处的、工作温度低于300℃的第二温度区中，第一温度区是加热区，且处于相反的第二温度区之间的中心。二氧化碳、水和废弃氧气的输出可以处于中心加热区中。例如，参见图15和18。可选地，二氧化碳、水和用完的氧气的输出可以在第二温度区中，即，在加热区之外。例如，参见图16和19。

在另一个实施例中，燃料和空气输入进入点都处于作为加热区的第一温度区之外的、工作温度低于300℃的第二温度区中，从而允许使用低温连接，例如用于空气和燃料供应的橡胶管。另外，在第二温度区中使用焊接连接部或弹簧夹，用于将电压接点连接到阳极和阴极。在一个实施例中，燃料和空气输入都在根据主CTE方向的一个端部处，SOFC Stick^TM装置的另一个端部处于第一加热温度区，二氧化碳、水和废弃氧气的输出可以在加热区中。例如，参见图17。因此，SOFC Stick^TM装置具有一个加热端部和一个未加热端部。

在另一个实施例中，燃料和空气输入到位于加热区之外的根据主CTE方向的一个端部中，且也在加热区之外的相反端部处排出，从而加热区处于两个相反的第二温度区之间。例如，参见图20。在另一个可选的实施例中，燃料和空气输入到第二温度区中的两个相反端部，燃料和空气输出处于中心加热区中。例如，参见图18。

在另一个可选的实施例中，燃料和空气输入到处于第二温度区的两个相反端部中，且使相应的输出处于与输入相反的端部处的第二温度区中。例如，参见图19。因此，燃料电池具有中心加热区、以及在加热区之外的相反端部，燃料和空气都输入第一端部，相应的反应输出与第二端部邻近排出，并且燃料和空气输入第二端部，反应输出与第一端部邻近排出。

在另一个实施例中，燃料输入可以在加热区之外的一个端部处，空气输入可以在加热区之外的相反端部处。例如，参见图21-24。在此实施例中，源自空气和燃料的反应输出可以在加热区(参见图21)中，或者它们都可以在加热区之外的、邻近与相应输入相反的端部处(参见图24)。可选地，二氧化碳和水输出可以在热区中，而废弃氧气输出可以在热区之外(参见图22)，或者采用相反方式，废弃氧气输出可以在加热区中，而二氧化碳和水输出在加热区之外(参见图23)。与图22和23所示的燃料和空气输出相关的变型也可以应用于例如图18-20所示的实施例中。

在本发明的另一个实施例中，其示出于图25A和27A的俯视图以及图27B的侧视图中，所提供的SOFC Stick^TM装置100具有可以称为锅柄设计的结构。SOFC Stick^TM装置100具有细长区102，该细长区尺寸上可以类似于前面实施例中所示的Stick^TM装置，细长区102具有沿一个主轴的CTE，即长度明显大于宽度或厚度。SOFC Stick^TM装置100还具有大表面积区104，其宽度更加接近其长度。区104可以是正方形表面区域或长方形表面区域，但宽度不是明显小于长度，使CTE在区104中不是具有单一主轴，而是具有沿长度方向和宽度方向的CTE轴。大表面积区104位于热区32中，而细长区102至少部分位于冷区30中和过渡区31中。在一个示例性实施例中，一部分细长区102延伸到热区32中，但这不是重要的。作为例子，燃料和空气供应部件可以按图6B所示的方式连接到细长区102，电连接也是如此。

在图25B和26A的俯视图和图26B的侧视图中提供了一种类似于图25A、27A和27B所示的另一个可选实施例，但还具有与细长区102相反的第二细长区106，从而将大表面积区104定位在两个细长区102和106之间。细长区106也至少部分处于冷区30和过渡区31中。在此实施例中，燃料可以输入细长区102，空气输入细长区106。作为例子，此时空气供应部件和燃料供应部件可以按照图2或图3B所示的方式分别相应地连接到细长区106和102。如图25B所示，空气输出可以邻近燃料输入在细长区102中，燃料输出可以邻近空气输入在细长区106中。可选地，空气和燃料输出中的一者或二者可以处于热区32的大表面积区104中，如顶视图26A和侧视图26B所示。可以理解的是，在图25A和25B所示的实施例中，中间具有电解质的相对的阳极和阴极的表面积可以在热区增大，以便增大反应区域，从而增大SOFC Stick^TM装置100产生的功率。

本发明的SOFC Stick^TM装置10、100的另一个优势是重量轻。典型的燃烧发动机重量在每kW功率对应18-301bs的水平上。本发明的SOFCStick^TM装置10、100可以做到重量在每kW功率对应0.51bs的水平上。

图28A-D示出了本发明的管状SOFC Stick^TM装置200的可选实施例，其中具有螺旋或卷绕的管状结构。图28A是装置200处于未卷绕位置的示意性顶视图。装置200的未卷绕结构具有相等长度L的第一端部202和第二端部204，该长度对应于卷绕或螺旋管状SOFC Stick^TM装置200的长度。燃料入口12和空气入口18表示为邻近第一端部202在相反侧。燃料通道14和空气通道20沿装置200的未卷绕结构的宽度延伸到第二端部204，从而燃料出口16和空气出口22处于第二端部204，还如图28B中的装置200的未卷绕结构的示意性端视图以及图28C中的装置200的未卷绕结构的示意性侧视图所示。燃料通道14和空气通道20表示为几乎延伸了装置200的未卷绕结构的长度L，从而使燃料和空气流动最大化，但本发明并不限于此。为了形成螺旋管状SOFC Stick^TM装置200，第一端部202朝第二端部204卷绕成图28D的示意性透视图所示的装置200的螺旋管结构。接着可将空气供应部件36定位在螺旋管状SOFC Stick^TM装置200的一个端部处，用于输入到空气入口18，而燃料供应部件34可以定位在螺旋管状SOFCStick^TM装置200的相反端部，用于将燃料输入到燃料入口12。接着，空气和燃料沿装置200的长度L经过燃料出口16和空气出口22流出螺旋管状SOFC Stick^TM装置200。电压接点38、40可以焊接到接触垫44上，接触垫44形成在螺旋管状SOFC Stick^TM装置200的相反端部上或与邻近相反端部。

图29A-29G示出了本发明的可选实施例，其中SOFC Stick^TM装置是管状同心形式。图29A以示意性等轴测视图示出了同心管状SOFC Stick^TM装置300。图29B-29E以剖视图示出了图29A的同心装置300。图29F示出了装置300的空气输入端部的端视图，图29G示出了装置300的燃料输入端部的端视图。图示的特殊实施例包括三个空气通道20，一个处于管状结构的中心，其他两个彼此分开并且是同心的。同心管状SOFC Stick^TM装置300还具有在空气通道20之间、且与空气通道20同心的两个燃料通道14。如图29A-29D所示，同心管状SOFC Stick^TM装置300在一个端部处包括连接着燃料通道14的燃料出口16，在与空气通道的相应入口相反的另一端部处包括连接着空气通道20的空气出口22。每个空气通道20衬有阴极26，每个燃料通道14衬有阳极24，电解质28将相对的阳极和阴极分开。如图29A-29B以及29F-29G所示，可以在同心管状SOFC Stick^TM装置300的相反端部实现与露出阳极25和露出阴极27的电连接。接触垫44可以施加在端部上，以连接露出阳极25和露出阴极27，尽管未图示，但接触垫44可以沿装置300的外侧延伸，以便允许在沿装置300的长度的一个点处而不是在端部处形成电连接。同心管状SOFC Stick^TM装置300可以包括位于空气和燃料通道14、20内的柱54，用于结构支撑。

在相反端部11a、11b具有两个冷区30的本发明的实施例中，在一个端部处具有空气输入和燃料输出，在相反端部具有燃料输入和空气输出，耗用过的燃料或空气在其流出中心热区32时处于加热状态。加热空气和燃料在其流过过渡区31到达冷区30时冷却。电极和/或陶瓷/电解质的薄层将空气通道与平行的燃料通道分开，反之亦然。在一个通道中，加热空气流出热区，在邻近的平行通道中，燃料进入热区，反之亦然。利用热交换原理，加热空气将邻近平行通道中的进入燃料加热，反之亦然。因此，通过热交换使空气和燃料得到一些预热。但是，由于在热区之外热量快速散失，如上所述，热交换可能不足以将空气和燃料在其进入热区的活性区域之前加热到最佳反应温度。另外，在SOFC Stick^TM装置10包括一个冷端部和一个热端部的实施例中，燃料和空气输入相同的冷端部，并通过相同的相反热端部排出，从而没有出现进行热交换的燃料和空气的交叉流动。通过SOFC Stick^TM装置的电极和陶瓷材料仅可得到有限的进入燃料和空气的热交换。

图30A-33C示出了SOFC Stick^TM装置10的各种不同实施例，其中，在燃料和空气进入阳极24和阴极26处于相对关系的活性区33b之前具有集成的预热区33a，用于加热燃料和空气。这些实施例包括具有两个冷端部和中间热区的SOFC Stick^TM装置，其中，燃料和空气输入在相反的冷端部；以及具有一个热端部和一个冷端部的SOFC Stick^TM装置，其中，燃料和空气输入均在单个冷端部。在这些实施例中，所用的电极材料量可限制于活性区33b，仅有少量延伸到冷区，用于外部连接到电压接点38、40。这些实施例的另一个优点是，电子传导到外部电压连接的路径可能最短，从而提供了低电阻，这将在下面更详细描述。

图30A示出了SOFC Stick^TM装置10的第一实施例的示意性侧剖视图，其中具有一个冷区30和一个相反的热区32以及集成的预热区33a。图30B示出了经过阳极24向下朝空气通道看的剖视图，图30C示出了经过阴极向上朝燃料通道看的剖视图。如图30A和30B所示，来自燃料供应部件34的燃料经过燃料入口12进入，并经过燃料通道14沿装置10的长度流动，从装置10的相反端部流出燃料出口16。冷区30处于SOFC Stick^TM装置10的第一端部11a处，热区32处于相反的第二端部11b处。过渡区31处于热和冷区之间。热区32包括燃料首先经过的初始预热区33a、以及包括与燃料通道14邻近的阳极24的活性区33b。如图30B所示，阳极24的截面积在活性区33b大。阳极24延伸到SOFC Stick^TM装置10的一个边缘，外部接触垫44沿装置10的外侧延伸到冷区30，用于连接到负电压接点38。

类似地，如图30A和30C所示，来自空气供应部件36的空气经过位于冷区30中的空气入口18进入，并从热区32经过空气出口22排出。由于空气和燃料在同一端部处进入并以相同方向沿SOFC Stick^TM装置10的长度行进，因此在热区32之前，通过热交换对空气和燃料产生的预热有限。阴极26位于活性区33b，与阳极24处于相对关系，并延伸到SOFC Stick^TM装置10的相反侧，它在此外露出并连接到从活性热区33b延伸到冷区30的外部接触垫44，用于连接到正电压接点40。然而，露出阴极27与露出阳极25处于装置10的相反侧不是必需的。露出阳极25和露出阴极27可以处于装置的相同侧，接触垫44可以沿着SOFC Stick^TM装置10的侧面形成为条带。利用此结构，空气和燃料首先在预热区33a加热，在此处不发生反应，阳极和阴极材料的大部分限制在活性区33b，此处是加热空气和燃料进入的位置，且在此由于相对的阳极和阴极层24、26而发生反应。

图31A-31C中所示的实施例类似于图30A-30C中所示的实施例，但不具有一个热端部和一个冷端部，图31A-C所示的实施例包括相反的冷区30和中心热区32。来自燃料供应部件34的燃料在装置10的第一端部11a处经过冷区30的燃料入口12进入，并在相反的第二端部11b处经过定位在相反冷区30中的燃料出口16排出。类似地，来自空气供应部件36的空气在相反冷区30经过空气入口18进入，并在第一冷区30经过空气出口22排出。燃料进入热区32并在预热区33a预热，空气在热区32的相反侧进入并在另一预热区33a预热。因此，存在燃料和空气的交叉流动。阳极24在热区32的活性区33b中与阴极26相对，且在包含预热燃料和空气的活性区33b发生反应。再者，电极材料的大部分限制在活性区33b。阳极在SOFC Stick^TM装置10的一个边缘处露出，阴极在装置10的另一侧露出。外部接触垫44接触热区32中露出阳极25，并朝第一冷端部11a延伸，用于连接到负电压接点38。类似地，外部接触垫44接触热区32中的露出阴极27，并朝第二冷区11b延伸，用于连接到正电压接点40。

预热区33a的优点是，在气体达到活性区之前将气体充分加热到最佳反应温度。如果燃料的温度比最佳温度低，则降低SOFC系统的效率。当空气和燃料在它们路径上行进时，它们被加热。由于它们被加热，电解质的效率在该区域增大。当燃料、空气和电解质达到炉的充分的温度时，电解质在其最佳效率下工作。为了节约可能由贵金属制成的阳极和阴极的成本，在仍低于最佳温度的那些区域可以不使用金属。预热区的大小，在长度和其他尺寸方面，取决于从炉子传递到SOFC Stick^TM装置的热量、从SOFC Stick^TM装置传递到燃料和空气的热量、以及是否由于燃料和空气的交叉流动而出现任何热交换。尺寸还取决于燃料和空气的流动速率；如果燃料或空气沿SOFC Stick^TM装置长度快速流动，则较长的预热区是有利的，而如果流动速率慢，则预热区可以较短。

图32A和32B示出了与图31A-31C中所示的类似的实施例，但SOFCStick^TM装置10包括位于燃料入口12与燃料通道14之间的预热室13，它延伸到热区32中，用于在大量燃料流过较窄的燃料通道14进入活性区33b之前在预热区33a中预热该大量燃料。SOFC Stick^TM装置10类似地包括位于空气入口18和空气通道20之间的预热室19，它延伸到热区32中，用于在大量空气经过较窄的空气通道20进入活性区33b之前在预热区33a对该大量空气预热。如同上面的实施例所公开的，SOFC Stick^TM装置10可以包括多个燃料通道14和空气通道20，每个通道可以从相应的预热室13、19接收流体。

由于是大容量的预热室而不是预热通道，可以想像，仅作为例子，如果将一些空气加热到最佳温度需要5秒，此时如果该空气沿SOFC Stick^TM装置10每秒流动1英寸，则SOFC Stick^TM装置将需要在空气进入活性区33b之前长5英寸的预热通道。然而，如果提供的是大容量的室而不是通道，则此容量将允许空气在进入较窄通道到达活性区之前在空腔中停留额外时间，从而空气分子在该室中加热，且此时可以使用较短长度的通道将加热空气分子输送到活性区。这种空腔或预热室可以按很多不同方式制作，包括取一个原始(即烧结之前)组件并将组件的端部钻孔形成室，或者通过在堆形成时在原始堆内加入大量有机材料，由此，有机材料在烧结过程中从SOFC Stick^TM装置中烧除。

图33A-33C示出了用于在空气和燃料到达活性区33b之前将空气和燃料预热的另一个实施例。图33A是大致通过SOFC Stick^TM装置10的纵向中心的示意性侧剖视图。图33B是沿线33B-33B的顶剖视图，这是燃料通道14和阳极24相交的位置；而图33C是沿线33C-33C的底剖视图，这是空气通道20与阴极26相交的位置。SOFC Stick^TM装置10具有两个相反的冷区30、和中心热区32，在每个冷区30和热区32之间具有过渡区31。来自燃料供应部件34的燃料经过燃料入口12进入SOFC Stick^TM装置10的第一端部11a，并流过朝热区32的相反端部延伸的燃料通道14，在此经过一个U形弯并返回到第一端部11a的冷区30，耗用后的燃料在此经过燃料出口16排出。类似地，来自空气供应部件36的空气经过空气入口18进入SOFC Stick^TM装置10的第二端部11b，并流过朝热区32的相反端部延伸的空气通道20，在此经过一个U形弯并返回到第二端部11b，在此空气经过空气出口22流出冷区30。通过这些U形弯通道，燃料通道14和空气通道20从初始进入热区32再经过转弯(U形弯)的部分构成加热燃料和空气的预热区。在通道14、20中的转弯或U形弯之后，通道衬有相应的阳极24或阴极26，阳极24和阴极26处于相对关系，且它们之间具有电解质28，此区域构成热区32的活性区33b。因此，燃料和空气在进入活性区33b之前在预热区33a加热，以增大SOFC Stick^TM装置10的效率和减少电极材料的使用。阳极24在冷区30中延伸到装置10的外部，用于连接到负电压接点38。类似地，阴极26延伸到装置10的外部，用于电连接到正电压接点40。燃料和空气出口16和22可以从冷区30出口。

在图示和上面描述的很多实施例中，阳极24和阴极26在SOFC Stick^TM装置10的层内延伸，主要上每层的中心区域，即在装置内部，直到它们到达装置的端部。在此位置，阳极24和阴极26附着在SOFC Stick^TM装置10的外部，露出阳极25和露出阴极27被金属化有接触垫，例如通过施加银膏，然后将金属丝焊接到接触垫。例如，参看图4A-4B。然而，可希望将SOFC Stick^TM装置10中的层构建成较高电压组合，例如，如图8A-9B所示。如果需要制造产生1kW功率的SOFC Stick^TM装置，功率在电压和电流之间分配。一种标准是使用12伏，从而需要83安来产生总共1kW的功率。在图8B和9B中，使用跨接部相互连接电极层，以形成并联或串联组合。

用于互连电极层的可选实施例示于图34A至37中。这些可选实施例不是在SOFC Stick^TM装置10的内部互连电极层，而是使用沿SOFC Stick^TM装置10的侧面的外部条带(狭窄接触垫)，例如银膏，特别是多个小条带。通过使用条带技术，形成了简单结构，该简单结构可提供串联和/或并联组合，以实现所需的任何电流/电压比。此外，与内部跨接部相比，外部条带具有宽松的机械公差，从而简化了加工。而且，内部条带比跨接部具有较低电阻(或等效串联电阻)。传导路径中的较低电阻使得沿此路径的较低功率损失，从而外部条带能以较低的功率损失从SOFC Stick^TM装置10中输出功率。

下面特别地参看图34A和34B，图中示出了串联的外部阳极/阴极互连。图34A是交替的阳极24a、24b、24c和阴极26a、26b、26c的示意性前斜视图。沿SOFC Stick^TM装置10的长度，阳极24a、24b、24c和阴极26a、26b、26c包括伸出到装置10的边缘的凸片，以提供露出阳极25和露出阴极27。然后，外部接触垫44(或条带)设置在SOFC Stick^TM装置的外部的露出阳极25和露出阴极27上，这从图34B的示意性侧视图可以更好地看出。通过将三对相对的阳极24a、24b、24c和阴极26a、26b、26c串联连接，SOFC Stick^TM装置10提供3伏和1安。在图35中，此结构加倍，且两个结构通过沿着装置10的侧面的长条带连接，从而提供串并联设计的外部阳极/阴极互连，提供了3伏和2安。

图36A和36B提供了用于低的等效串联电阻路径的一个实施例，用于提供低的功率损失。在此实施例中，热区32在SOFC Stick^TM装置10的中心，第一端部11a和第二端部11b处于冷区30中。燃料经过第一端部11a中的燃料入口12输入，空气经过第二端部11b中的空气入口18输入。在作为SOFC Stick^TM装置10的活性区域的热区32内，阳极24和阴极26露到装置的侧面，阳极24露在一侧，阴极26露在相反侧。接触垫44(或条带)施加在露出阳极25和阴极27上。然后，SOFC Stick^TM装置10的边缘被沿装置10的侧面的长度金属化，直到金属化到冷区30，在此将低温焊接连接部46形成到负电压接点38和正电压接点40。阳极24和阴极26不能仅仅针对低电阻优化，因为它们还具有其他功能。例如，电极必须是多孔的，以使空气或燃料通过而可到达电解质，并且多孔性增大电阻。此外，电极必须薄，以使多层SOFC Stick^TM装置10中具有良好的层密度，且电极越薄，电阻越高。通过在SOFC Stick^TM装置的边缘(侧面)增加较厚的接触垫44，可提供向着焊接连接部46的低电阻路径。接触垫44越厚，电阻越低。如果电子必须传导10英寸，例如，沿着SOFC Stick^TM装置10内的电极，经过电极层中的所有空穴，电阻最小的路径经过0.5英寸，例如，到达装置10的侧边缘，然后沿着外部非多孔接触垫44传导10英寸。因此，通过提供较低的电阻传导路径，沿SOFC Stick^TM装置的外部延伸到冷区30的长接触垫44允许从SOFC Stick^TM装置中以较低的损失输出功率。因此，条带技术可以应用于SOFC Stick^TM装置10的活性区(热区32)，用于形成串联和并联连接，以增大功率，且沿着装置的侧面至冷区的长条带允许从SOFC Stick^TM装置10中高效地输出功率。

图37以示意性等轴测视图示出了与图36B中所示的类似的一个实施例，但在SOFC Stick^TM装置10的第一端部11a处具有单一冷区30，热区32在装置10的第二端部11b处。在热区32内设有多个垂直条带或接触垫44，用于形成串联和/或并联连接，且沿着装置10的侧面的水平长条带44被从热区32设置到冷区30，用于形成至正电压接点40和负电压接点38的低温焊接连接部46。

一种用于形成燃料通道14和空气通道20的方法是将有机材料放置在原始层状结构内，然后在后面烧结步骤中烧除。为了制成具有高功率输出的单个SOFCStick^TM装置，例如1kW或10kW输出，则SOFC Stick^TM装置必须长、宽且具有高的层数。作为例子，SOFC Stick^TM装置可以在12英寸到18英寸的水平上。当焙烧原始结构以便烧结陶瓷并去除有机材料时，用于形成燃料通道14的有机材料必须通过分别形成燃料入口和燃料出口的开口12和16排出。类似地，用于形成空气通道20的有机材料必须通过分别形成空气入口和空气出口的开口18和22烧除。装置越长和越宽，有机材料就越难以通过这些开口排出。如果装置在烧除过程中加热太快，则各个层可以脱开，因为有机材料的分解比可从结构中排出的物质发生得更快。

图38A和38B以示意性侧剖视图示出了为烧除有机材料72而提供了多个排出间隙的可选实施例。如图38A所示，在SOFC Stick^TM装置10的一侧设有多个开口70，以便为有机材料72提供多个烧除路径，从而从结构排出。如图38B所示，在烧除之后，通过在SOFC Stick^TM装置10的侧面施加阻隔涂层60，可以封闭多个开口70。作为例子，阻隔涂层可以是玻璃涂层。在另一个例子中，阻隔涂层可以是含有陶瓷填料的玻璃。在另一个实施例中，阻隔涂层60可以是例如被填充有膏的接触垫44，此时这会也为所产生的功率充当低电阻路径。银膏也可以含有用于增加附着性的玻璃。在示例性实施例中，阴极所用的烧除路径通向SOFC Stick^TM装置10的一侧，且阳极所用的烧除路径通向装置10的相反侧面，以避免相反电极之间的短路。

在SOFC Stick^TM装置10、100、200、300的可选实施例中，不具有分别衬有阴极26或阳极24的开口空气通道20和燃料通道14，而是通过允许空气或燃料流动的多孔电极材料，阴极和空气通道可以组合，阳极和燃料通道可以组合。为了使反应发生，阴极和阳极必须是多孔的，这样，在结合强制空气和燃料输入时，可以实现经过SOFC Stick^TM装置的充分流动，以便可进行功率产生反应。

本发明的另一个实施例以示意性端部剖视图示出在图39中。此实施例主要是SOFC Stick^TM装置10的阳极支撑方案。对于其他实施例，SOFCStick^TM装置10可以具有热端部和冷端部，或者两个冷端部和中间的热区。与装置10由陶瓷29支撑不同，阳极支撑方案利用阳极材料作为支撑结构。在阳极结构内，燃料通道14和空气通道20以相对的关系设置。空气通道20衬有电解质层28，然后是阴极层26。利用化学气相沉积可以沉积内层，或者使用粘性膏的解决方案。

在图40A和40B中，示出了SOFC Stick^TM装置10的阳极支撑方案的另一个实施例。在此实施例中，去除了单独开口的燃料通道14，多孔阳极24也作为燃料通道14。另外，SOFC Stick^TM装置10涂有阻隔涂层60，例如玻璃涂层或陶瓷涂层，用于防止燃料从装置10的侧面排出。SOFC Stick^TM装置10可以根据需要在阳极结构中具有多个空气通道以及相关的电解质和阴极。如图40B所示，来自燃料供应部件34的燃料被迫进入第一端部11a并通过作为燃料通道14的多孔阳极24，并经过电解质层28和阴极26，以与来自空气供应部件36的空气反应，然后可将耗用后的空气和燃料从空气出口22排出。

在图41A的示意性端部剖视图以及图41B的示意性顶剖视图所示的另一个实施例中，SOFC Stick^TM装置10可以包括设在阳极支撑结构内的多个空气通道20、和垂直于多个空气通道20的单一燃料通道14，所述燃料通道14用于将燃料从燃料供应部件34经过单一燃料入口12输送到多个空气通道20。再者，空气通道20首先衬有电解质层28，然后是阴极26。燃料从单一燃料通道14经过阳极结构24、经过电解质28、并经过阴极26，以与空气通道20中的空气反应，耗用后的燃料和空气从空气出口22排出。耗用后的燃料也可以从SOFC Stick^TM装置10的不包括阻隔涂层60的侧面渗出，其中未涂覆的侧面位于装置上的与单一燃料通道14的方位相反的一侧。

在适于阳极支撑结构的实施例中，可以理解的是，此结构可基本上颠倒成阴极支撑结构。然后，在阴极结构内设有涂覆有电解质层和阳极层的燃料通道。也可以设置单独的空气通道或多个空气通道，或者阴极中的孔隙可用于空气流动。

图42A-42C示出了用于在空气和燃料通道内形成电极的方法。以燃料通道14和阳极24为例，不是利用原始陶瓷层或金属带层或采用印刷金属化法逐层地构建原始结构，而是，在此实施例中，首先形成没有电极的SOFC Stick^TM装置10。换句话说，原始陶瓷材料用于形成SOFC Stick^TM装置的电解质和陶瓷支撑部分，有机材料用于形成通道，例如燃料通道14。在SOFC Stick^TM装置已被烧结之后，燃料通道14填充有阳极膏或溶液。将阳极材料填充在燃料通道14中可以采用任何需要的方法，例如通过真空吸入、毛细管力，或通过空气压力迫使进入。

可选地，如图42A-42C所示，阳极材料溶解在溶液中，流入燃料通道14，然后析出。例如，通过改变pH值，可以析出阳极颗粒，然后将溶液抽出。在另一个可选实施例中，阳极颗粒可以简单地沉淀，然后将液体从燃料通道14中干燥掉或烘烤掉。此沉淀过程可以通过产生例如由于低粘度而在任何延长的时间段内均不使颗粒保持悬浮的墨水或液体载体实现。离心作用也可以用于强制沉淀。离心作用可容易使大多数颗粒优先沉淀在燃料通道14的一个表面上，从而保存电极材料并保证燃料通道14的仅一个表面充当电解质。

如图42A所示，将含有阳极颗粒的溶液66送入燃料通道14，直到通道14被完全填充，如图42B所示。接着，将颗粒沉淀到通道14的底部，以形成阳极层24，如图42C所示。与正常的毛细管力相比，通过重力、真空或离心作用可以加速溶液66的流入。当然，虽然阳极24和燃料通道14作为例子，但这些可选实施例中的任何一个也可以使用阴极膏或溶液，以在空气通道20中形成阴极层26。

在另一个可选实施例中，陶瓷电极材料(阳极或阴极)可以以液体溶胶-凝胶状态注入通道(燃料或空气)，然后在通道内沉积。还可以重复执行填充操作多次，例如在液体中的所需电极材料的浓度低的情况下，或者为了提供电极的梯度性能(例如，在靠近电解质的电极的YSZ量与距离电解质较远的电极的YSZ量不同)，或者如果需要将多层不相似的材料放在一起(例如，由LSM制成的阴极位于电解质附近，然后在LSM的顶部上提供银，以得到较好的导电性)。

再参看图7C和7D，其中陶瓷球体或球用于为空气和燃料通道20、14提供结构支撑，陶瓷颗粒也可以用于增大有效表面积，以获得较大反应区域，从而得到较高的输出。在施加电极层之前，可以在燃料通道14和空气通道20内使用非常细小的陶瓷球或颗粒。如图43的示意性侧剖视图所示，表面颗粒62衬在通道14内，以提供具有不平的表面形貌的电解质层28，该不平的表面形貌增大了可以接收电极层的表面积。接着，将阳极24施加在不平的表面形貌上，使阳极材料都涂覆在表面颗粒62周围，从而增大反应面积。

在一个可选实施例中，如图44中的示意性侧剖视图所示，电解质层28可以被碾压(laminated)，以提供不平的表面形貌或带纹理表面层64，例如通过将原始电解质层挤压到具有V形图案的细级配结构(fine grading)上，将图案施加到电解质层28上。在将电解质层28烧结以固结陶瓷和带纹理表面层64后，可以施加阳极层24，例如通过使用上面图42A-42C所述的装填工艺，以为阳极提供高的反应面积。

图45A和45B示出了本发明的另一个实施例。图45A是示意性顶视图，示出了空气和燃料流过空气和燃料通道、以及电极的设置，图45B是经过热区32的剖视图。沿SOFC Stick^TM装置10的长度，装置分成左侧80和右侧82，二者之间是中间或桥接部分84。多个空气通道20L从SOFC Stick^TM装置10的第一端部11a沿着长度方向经过左侧80，并与第二端部11b邻近地从左侧80退出；多个空气通道20R从第一端部11a沿所述长度穿过右侧82，并与第二端部11b邻近地从右侧退出SOFC Stick^TM装置10。空气通道20L相对于空气通道20R偏移，从图45B更好地看出。多个燃料通道14L从SOFC Stick^TM装置10的第二端部11b沿所述长度穿过左侧80，并与第一端部11a邻近地从左侧80退出；多个燃料通道14R从第二端部11b沿所述长度穿过右侧82，并与第一端部11a邻近地从右侧82退出。燃料通道14L相对于燃料通道14R偏移。另外，除了一个燃料通道和一个空气通道以外，每个燃料通道14L与空气通道20R配对并相对于空气通道20R略微偏移，每个空气通道20L与燃料通道14R配对并相对于燃料通道14R略微偏移。对于每个偏移对的燃料通道14L和空气通道20R，金属物沿每个燃料通道14L从左侧80向右侧82延伸，接着在此沿略微偏移的空气通道20R延伸。类似地，对于每个偏移对的燃料通道14R和空气通道20L，金属物沿每个空气通道20L从左侧80向右侧82延伸，接着在此沿略微偏移的燃料通道14R延伸。当金属物沿燃料通道14L或14R延伸时金属物作为阳极24L或24R，当金属物沿空气通道20L或20R延伸时，金属物作为阴极26L或26R。在SOFC Stick^TM装置10的桥接部分84中，金属物在此并不沿任何空气或燃料通道延伸，而是简单地作为阳极和阴极之间的桥接90。在本发明的一个实施例中，金属物可以沿其长度包括相同材料，从而阳极24L或24R、桥接90、和阴极26L或26R分别包括相同材料。例如，金属物可以分别包括金属铂，它可以很好地起到阳极或阴极的功能。可选地，金属物可以包括不同材料。例如，阴极26R或26L可以包括亚锰酸锶镧(LSM)，而阳极24R或24L包括镍、NiO或NiO+YSZ。桥接90可以包括钯、铂、LSM、镍、NiO或NiO+YSZ。本发明可以采用适于作为阴极或阳极、或二者之间桥接材料的任何材料组合或任何类型材料，本发明不限于上面指出的具体材料。

在SOFC Stick^TM装置10的一侧，这里图示的是右侧82，燃料通道14R设有相关的阳极24R，所述阳极24R延伸到SOFC Stick^TM装置10的右边缘，以提供外部露出阳极25。不存在与该燃料通道14R相关的偏移空气通道20L，阳极24R不需要延伸到左侧80。如图45A所示，在露出阳极25上施加外部接触垫44，且沿SOFC Stick^TM装置的长度延伸到冷区30中。负电压接点38可通过金属丝42和焊接连接部46连接到接触垫44。如图所示，阳极24R可以贯穿热区32延伸到右边缘，或者可以仅仅延伸出一个小凸片部分，以便减小电极材料的用量。而且，阳极24R可以沿燃料通道14R的长度延伸到SOFC Stick^TM装置10的右边缘，尽管此实施例涉及电极材料的非必需使用。

类似地，在SOFC Stick^TM装置10的另一侧，图示为左侧80，单空气通道20L设有相关的阴极26L，所述阴极26L延伸到SOFC Stick^TM装置10的左侧，以形成露出阴极27。此空气通道20L没有相关的偏移燃料通道14R，且不必使阴极26L延伸到右侧82。接触垫44可以沿SOFC Stick^TM装置10的左侧80的外部从露出阴极27施加到冷区30，在此，正电压接点40可以通过金属丝42和焊接连接部46连接到接触垫44。

在图45B中，在右侧82的顶部示出了单燃料通道14R和相关的阳极24R，在SOFC Stick^TM装置10的左侧80的下部示出了单空气通道20L和相关的阴极26L。然而，本发明并不限于此设置方式。例如，通过与单燃料通道14R和其相关的阳极24R类似的偏移方式，空气通道20L和相关的阴极26L也可以在左侧80设在装置10的顶部，但金属物可不从左侧80经过桥接部分84延伸到右侧82。相反，桥接90可以不存在，使阳极24R与阴极26L电分离。想到了另外的设置方式，其中，SOFC Stick^TM装置10可以在单SOFC Stick^TM装置10内设有两个独特的空气通道堆以及两个独特的燃料通道堆，且使电池单元串联。图45A和45B中所示的实施例的优点在于，升高电压而不升高电流，且同时保持低电阻。此外，此实施例在SOFCStick^TM装置10内提供了高密度。

在图46A和46B中，分别以示意性透视图和示意性剖视图示出了一个可选实施例。前面的实施例(例如，图37)沿SOFC Stick^TM装置10的外侧或外边缘设有从热区32到冷区30的外条带，以便提供低电阻路径使电子传导到冷端部。在图46A和46B所示的实施例中，没有采用沿着装置10的侧面或边缘的条带，而是，接触垫44沿一侧、和上表面和下表面中的一个表面施加，用于外部连接到阳极24，另一个接触垫44沿相反侧、和上表面和下表面中的另一个表面施加，用于外部连接到阴极26。因此，电子具有大或宽的传导路径，从而具有更低的电阻。施加到两个邻近表面上的这些大的接触垫44也可以应用于在此公开的任何实施例中。

在图47中，以示意性侧剖视图示出了SOFC Stick^TM装置10的另一个实施例，该实施例利用热交换原理。在加热空气和燃料通过热区32的活性区33b(即，热区32的一部分，在该部分处，阳极24与阴极26成相对关系，二者之间具有电解质)之后，燃料通道14和空气通道20并入到单一废气通道21。任何未反应的燃料将在与加热空气混合时燃烧，从而产生额外热量。废气通道21邻近于活性区33b向着冷区30回流，废气(耗用后的燃料和空气)的流动方向与邻近的燃料和空气通道14、20中的进入燃料和空气的流动方向相反。废气通道21中产生的额外热量传递到邻近的通道14、20，以加热进入的燃料和空气。

图48A-48C示出了“端部卷绕SOFC Stick^TM装置”400，它具有厚度比薄部分404大的厚部分402，如图48A所示。燃料和空气入口12、18邻近于第一端部11a定位，该第一端部11a处于厚部分402所在的一端处，且尽管未示出，空气和燃料出口(16、22)可设置在装置400的邻近于相反的第二端部11b的侧面，该第二端部11b处于薄部分404所在的一端处。厚部分402应当足够厚，以便提供机械强度。这可以通过在邻近的燃料和空气入口12、18周围提供厚的陶瓷29实现。薄部分404可以包括活性区33b(未图示)，活性区33b包括与阴极(未图示)成相对关系的阳极(未图示)以及在二者之间的电解质(未图示)(像前面的实施例一样)。薄部分404应当足够薄，以便在原始(未烧制的)状态下可以卷绕，如图48B所示。在薄部分404卷绕到所需紧密程度后，装置400被烧制。卷绕的薄部分404可以加热，以引起反应，同时厚部分402是冷端部，像在其他实施例中讨论的一样。由于薄部分404的卷绕，端部卷绕SOFC Stick^TM装置400是一种可以装配到小空间中的大表面积装置。此外，薄部分404中的活性区(33b)的薄的截面减小了沿陶瓷的热量散出，从而得到良好的温度循环性能。

虽然已通过描述本发明的一个或多个实施例解释了本发明，且尽管已相当详细地描述了这些实施例，但它们并不用于将权利要求书的范围限定为或以任何方式限制为这些细节。另外的优点和修改对于本领域的一般技术人员来说是容易想到的。因此，本发明在其较宽的方面并不限制于图示和描述的这些具体细节、代表性装置和方法以及解释性例子。从而，在不脱离本发明的基本概念的情况下可以对这些细节做出改变。

Claims

1.一种固体氧化物燃料电池装置，包括：

细长基体，所述细长基体具有：作为最大尺寸的长度，从而细长基体具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀仅仅具有与所述长度同延伸的一个主轴；沿着所述长度的第一部分的反应区，所述反应区构造成被加热到工作反应温度；以及沿着所述长度的第二部分的至少一个冷区，所述至少一个冷区构造成在反应区加热时保持在工作反应温度以下的低温；以及

在反应区中处于阳极和阴极之间的电解质，所述阳极和阴极分别具有延伸到至少一个冷区的外表面的电气通路，用于在工作反应温度以下的低温下进行电连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

施加到所述至少一个冷区中的外表面上且与阳极的电气通路电接触的第一金属接触垫、和在第一金属接触垫与负电压接点之间的第一电连接元件；以及

施加到所述至少一个冷区中的外表面上且与阴极的电气通路电接触的第二金属接触垫、和在第二金属接触垫与负电压接点之间的第二电连接元件。

3.根据权利要求2所述的燃料电池装置，其特征在于，所述第一和第二电连接元件是焊接到相应的第一和第二金属接触垫的金属丝。

4.根据权利要求2所述的燃料电池装置，其特征在于，所述第一和第二电连接元件是机械连接到相应的第一和第二金属接触垫的金属丝。

5.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

燃料通道，所述燃料通道与阳极相关，并从所述至少一个冷区延伸经过反应区；以及

氧化剂通道，所述氧化剂通道与阴极相关，并从所述至少一个冷区延伸经过反应区。

6.根据权利要求5所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括燃料供应部件，所述燃料供应部件连接到所述至少一个冷区，且与燃料通道流体连通，用于将燃料流供应到燃料通道中。

7.根据权利要求6所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料供应部件通过固定在所述装置的端部上的柔性橡胶或塑料管连接。

8.根据权利要求5所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括空气供应部件，所述空气供应部件连接到所述至少一个冷区，且与氧化剂通道流体连通，用于将空气流供应到氧化剂通道中。

9.根据权利要求8所述的燃料电池装置，其特征在于，空气供应部件通过固定在所述装置的端部上的柔性橡胶或塑料管连接。

10.根据权利要求5所述的燃料电池装置，其特征在于，所述第一部分还包括在所述至少一个冷区和反应区之间的预热区；所述阳极和阴极与相应的燃料通道和氧化剂通道相关，且所述阳极和阴极在反应区中在细长基体内成相对关系，电解质处于所述阳极和阴极之间；以及预热区中没有成相对关系的阳极和阴极。

11.根据权利要求10所述的燃料电池装置，其特征在于，阳极的电气通路从相关的燃料通道延伸到反应区的第一外表面并到达第一外部金属物，所述第一外部金属物施加到反应区的第一外表面并直到所述至少一个冷区的相应外表面，阴极的电气通路从相关的氧化剂通道延伸到反应区的第二外表面并到达第二外部金属物，所述第二外部金属物施加到反应区的第二外表面并直到所述至少一个冷区的相应外表面。

12.根据权利要求10所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料通道和氧化剂通道还分别包括预热室，所述预热室处于所述至少一个冷区中并至少部分延伸到预热区中，每个预热室的容积比相应的燃料通道和氧化剂通道在反应区中的容积大。

13.根据权利要求5所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料通道从所述至少一个冷区中的燃料入口延伸到所述第一部分中、转弯并延伸返回到所述至少一个冷区中的燃料出口，氧化剂通道从所述至少一个冷区中的空气入口延伸到所述第一部分中、转弯并延伸返回到所述至少一个冷区中的空气出口；阳极和阴极与相应的燃料和氧化剂通道相关，且所述阳极和阴极在反应区中在细长基体内成相对关系，并在转弯部位与相应的燃料和空气出口之间，电解质在所述阳极和阴极之间；以及燃料和氧化剂通道在相应的燃料和空气入口与转弯部位之间没有相应的相关阳极和阴极。

14.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，所述至少一个冷区包括位于细长基体的相应的第一端部和第二端部处的第一和第二冷区，反应区处于第一和第二冷区之间。

15.根据权利要求14所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

燃料通道，所述燃料通道与阳极相关，并从第一冷区中的邻近于第一端部的燃料入口延伸到第二冷区中的邻近于第二端部的燃料出口；以及

氧化剂通道，所述氧化剂通道与阴极相关，并从第二冷区中的邻近于第二端部的空气入口延伸到第一冷区中的邻近于第一端部的空气出口。

16.根据权利要求15所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

燃料供应部件，所述燃料供应部件连接到燃料入口，用于将燃料流供应到燃料通道中；以及

空气供应部件，所述空气供应部件连接到空气入口，用于将空气流供应到氧化剂通道中。

17.根据权利要求14所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

氧化剂通道，所述氧化剂通道与阴极相关，并从反应区中的空气入口延伸到第二冷区中的邻近于第二端部的空气出口。

18.根据权利要求17所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

在反应区中的加热空气源，用于将加热空气流供应到氧化剂通道中。

19.根据权利要求17所述的燃料电池装置，其特征在于，氧化剂通道沿所述第一部分的大部分通向细长基体的一侧，使得空气入口沿所述大部分与氧化剂通道相适配。

20.根据权利要求19所述的燃料电池装置，其特征在于，它在氧化剂通道中还包括多个支撑柱。

21.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，所述至少一个冷区包括位于细长基体的第一端部处的单个冷区，反应区位于细长基体的第二相反端部处。

22.根据权利要求21所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

燃料通道，所述燃料通道与阳极相关，并从单个冷区中的邻近于第一端部的燃料入口延伸到反应区中的邻近于第二端部的燃料出口；以及

氧化剂通道，所述氧化剂通道与阴极相关，并从反应区中的空气入口延伸到反应区中的空气出口。

23.根据权利要求22所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

24.根据权利要求22所述的燃料电池装置，其特征在于，氧化剂通道沿所述第一部分的大部分通向细长基体的一侧，使得空气入口沿所述大部分与氧化剂通道相适配。

25.根据权利要求21所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

燃料通道，所述燃料通道与阳极相关，并从单个冷区中的邻近于第一端部的燃料入口延伸到反应区中的燃料出口；以及

氧化剂通道，所述氧化剂通道与阴极相关，并从单个冷区中的邻近于第一端部的空气入口延伸到反应区中的空气出口。

26.根据权利要求21所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

废气通道，所述废气通道从与反应区内的第二相反端部邻近处延伸到所述长度的所述第二部分中的废气出口；

燃料通道，所述燃料通道从单个冷区中的邻近于第一端部的燃料入口延伸经过反应区到达废气通道，阳极在反应区中与燃料通道相关；以及

氧化剂通道，所述氧化剂通道从单个冷区中的邻近于第一端部的空气入口延伸经过反应区到达废气通道，阴极在反应区中与氧化剂通道相关，并与阳极成相对关系。

27.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

热源，所述热源邻近于所述第一部分定位，以将反应区加热到工作反应温度；以及

隔热区域，所述隔热区域处于热源与所述至少一个冷区之间，适于将所述至少一个冷区保持在工作反应温度以下的低温。

28.一种固体氧化物燃料电池系统，包括：

热区室；

多个根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池装置，每个固体氧化物燃料电池装置被定位成使所述第一部分位于热区室中、所述至少一个冷区延伸到热区室的外部；

热源，所述热源连接到热区室并适于将反应区在热区室内加热到工作反应温度；

负电压连接元件，所述负电压连接元件连接至所述至少一个冷区中的至少一个外表面，与阳极的至少一个电气通路电接触；以及

正电压连接元件，所述正电压连接元件连接至所述至少一个冷区中的至少一个外表面，与阴极的至少一个电气通路电接触。

29.根据权利要求28所述的燃料电池系统，其特征在于，负电压连接元件和正电压连接元件包括第一和第二金属丝，所述第一和第二金属丝焊接到相应的第一和第二金属接触垫中的至少一个金属接触垫，所述金属接触垫施加到外表面上，与阳极和阴极中的至少一个的相应电气通路电接触。

30.根据权利要求28所述的燃料电池系统，其特征在于，负电压连接元件和正电压连接元件包括第一和第二金属丝，所述第一和第二金属丝机械连接到相应的第一和第二金属接触垫中的至少一个金属接触垫，所述金属接触垫施加到外表面上，与阳极和阴极中的至少一个的相应电气通路电接触。

31.根据权利要求28所述的燃料电池系统，其特征在于，它还包括：

燃料通道，所述燃料通道与每一个阳极相关，并从所述至少一个冷区延伸经过反应区；以及

氧化剂通道，所述氧化剂通道与每一个阴极相关，并从所述至少一个冷区延伸经过反应区。

32.根据权利要求31所述的燃料电池系统，其特征在于，它还包括燃料供应部件，所述燃料供应部件在热区室的外部连接到所述至少一个冷区中的每一个冷区，且与燃料通道流体连通，用于将燃料流供应到燃料通道中。

33.根据权利要求32所述的燃料电池系统，其特征在于，燃料供应部件通过固定在所述装置的端部上的柔性橡胶或塑料管连接。

34.根据权利要求31所述的燃料电池系统，其特征在于，它还包括空气供应部件，所述空气供应部件在热区室的外部连接到所述至少一个冷区中的每一个冷区，且与氧化剂通道流体连通，用于将空气流供应到氧化剂通道中。

35.根据权利要求34所述的燃料电池系统，其特征在于，空气供应部件通过固定在所述装置的端部上的柔性橡胶或塑料管连接。

36.根据权利要求31所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一部分中的每一个还包括：

位于所述至少一个冷区和反应区之间且位于热区室中的预热区，其中阳极和阴极与相应的燃料和氧化剂通道相关，且在反应区中在细长基体内成相对关系，电解质处于所述阳极和阴极之间，且预热区中没有成相对关系的阳极和阴极。

37.根据权利要求36所述的燃料电池系统，其特征在于，在每个装置中，阳极的电气通路从相关的燃料通道延伸到反应区的第一外表面并到达第一外部金属物，第一外部金属物施加到热区室中的反应区的第一外表面并直到位于热区室的外部的所述至少一个冷区的相应外表面，且阴极的电气通路从相关的氧化剂通道延伸到反应区的第二外表面并到达第二外部金属物，第二外部金属物施加到热区室中的反应区的第二外表面且直到位于热区室的外部的所述至少一个冷区的相应外表面。

38.根据权利要求36所述的燃料电池系统，其特征在于，在每个装置中，燃料通道和氧化剂通道还分别包括预热室，所述预热室处于所述至少一个冷区中并至少部分延伸到热区室的预热区中，且每个预热室的容积比相应的燃料和氧化剂通道在反应区的容积大。

39.根据权利要求31所述的燃料电池系统，其特征在于，在每个装置中，燃料通道从热区室外的所述至少一个冷区中的燃料入口延伸到热区室的第一部分中、转弯并延伸返回到热区室外的所述至少一个冷区中的燃料出口，氧化剂通道从热区室外的所述至少一个冷区中的空气入口延伸到热区室的第一部分中、转弯并延伸返回到热区室外的所述至少一个冷区中的空气出口；阳极和阴极与相应的燃料和氧化剂通道相关，所述阳极和阴极在反应区中在细长基体内成相对关系，并在转弯部位与相应的燃料和空气出口之间，电解质在所述阳极和阴极之间；以及燃料和氧化剂通道在相应的燃料和空气入口与转弯部位之间没有相应的相关阳极和阴极。

40.根据权利要求28所述的燃料电池系统，其特征在于，所述至少一个冷区包括第一和第二冷区，所述第一和第二冷区位于细长基体的相应的第一和第二端部处，并延伸到热区室的相反侧的外部，使反应区位于第一和第二冷区之间并在热区室内。

41.根据权利要求40所述的燃料电池系统，其特征在于，每个装置还包括：

42.根据权利要求41所述的燃料电池系统，其特征在于，每个装置还包括：

燃料供应部件，所述燃料供应部件在热区室的外部连接到每个燃料入口，用于将燃料流供应到燃料通道中；以及

空气供应部件，所述空气供应部件在热区室的外部连接到每个空气入口，用于将空气流供应到氧化剂通道中。

43.根据权利要求40所述的燃料电池系统，其特征在于，每个装置还包括：

44.根据权利要求43所述的燃料电池系统，其特征在于，每个装置还包括：

空气源，所述空气源连接到反应区中的热源，用于将加热空气流供应到氧化剂通道中。

45.根据权利要求43所述的燃料电池系统，其特征在于，在每个装置中，氧化剂通道沿所述第一部分的大部分通向细长基体的一侧，使得空气入口沿所述大部分与氧化剂通道相适配。

46.根据权利要求45所述的燃料电池系统，其特征在于，它还在氧化剂通道中包括多个支撑柱。

47.根据权利要求28所述的燃料电池系统，其特征在于，在每个装置中，所述至少一个冷区包括单个冷区，所述单个冷区位于细长基体的第一端部处、处于热区室的外部，反应区位于细长基体的第二相反端部处、处于热区室的内部。

48.根据权利要求47所述的燃料电池系统，其特征在于，它还包括：

燃料通道，所述燃料通道与每个阳极相关，并从单个冷区中的邻近于第一端部的燃料入口延伸到反应区中的邻近于第二端部的燃料出口；以及

氧化剂通道，所述氧化剂通道与每个阴极相关，并从反应区中的空气入口延伸到反应区中的空气出口。

49.根据权利要求48所述的燃料电池系统，其特征在于，它还包括：

50.根据权利要求48所述的燃料电池系统，其特征在于，在每个装置中，氧化剂通道沿所述第一部分的大部分通向细长基体的一侧，使得空气入口沿所述大部分与氧化剂通道相适配。

51.根据权利要求47所述的燃料电池系统，其特征在于，它还包括：

燃料通道，所述燃料通道与每个阳极相关，并从单个冷区中的邻近于第一端部的燃料入口延伸到反应区中的燃料出口；以及

氧化剂通道，所述氧化剂通道与每个阴极相关，并从单个冷区中的邻近于第一端部的空气入口延伸到反应区中的空气出口。

52.根据权利要求47所述的燃料电池系统，其特征在于，在每个装置中，还包括：

废气通道，所述废气通道从与热区室中的反应区内的第二相反端部邻近处延伸到所述长度的位于热区室外的所述第二部分中的废气出口；

53.一种使用根据权利要求1所述的装置的方法，包括：

将细长基体定位成使第一部分位于热区室中、第二部分位于热区室外；

在热区室中施加热量，将反应区加热到400℃以上的工作温度，同时使所述至少一个冷区保持在低于300℃的低温；以及

将燃料和空气供应到加热的反应区，从而使燃料和空气发生反应并产生电子，所述电子沿阳极和阴极的电气通路传导到所述至少一个冷区中的相应电连接元件。

54.一种使用根据权利要求28所述的系统的方法，包括：

将燃料和空气供应到加热的反应区，从而使燃料和空气产生反应并产生电子，所述电子沿阳极和阴极的电气通路传导到所述至少一个冷区中的相应负和正电压连接元件。

55.一种固体氧化物燃料电池装置，包括：

细长基体，所述细长基体具有：作为最大尺寸的长度，从而细长基体具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀仅仅具有与所述长度同延伸的一个主轴；沿着所述长度的第一部分的反应区，所述反应区构造成被加热到工作反应温度；以及沿着所述长度的第二部分的至少一个冷区，所述至少一个冷区构造成在反应区加热时保持在工作反应温度以下的低温；

位于细长基体中的多个燃料通道，所述多个燃料通道从所述至少一个冷区延伸到反应区，且每个燃料通道在反应区具有相关阳极；

位于细长基体中的多个氧化剂通道，所述氧化剂通道从所述至少一个冷区延伸到反应区，且每个氧化剂通道在反应区具有相关阴极，所述相关阴极与所述相关阳极中的相应一个成相对关系；以及

在反应区中位于每个相对阳极和阴极之间的电解质。

56.根据权利要求55所述的燃料电池装置，其特征在于，至少一个阳极在所述至少一个冷区中包括位于细长基体的第一外表面的露出阳极部分，且至少一个阴极在所述至少一个冷区中包括位于细长基体的第二外表面的露出阴极部分，所述装置还包括：

施加到所述至少一个冷区中的第一外表面上且与露出阳极部分电接触的第一金属接触垫、和在第一金属接触垫与负电压接点之间的第一电连接元件；以及

施加到所述至少一个冷区中的第二外表面上且与露出阴极部分电接触的第二金属接触垫、和在第二金属接触垫与正电压接点之间的第二电连接元件。

57.根据权利要求55所述的燃料电池装置，其特征在于，每个阳极包括位于细长基体的外表面的露出阳极部分，每个阴极包括位于细长基体的外表面的露出阴极部分，所述装置还包括：

多个金属物区域，所述金属物区域施加到外表面上，且与一个或多个露出阳极部分和/或露出阴极部分电接触，以形成并联和/或串联电连接。

58.根据权利要求55所述的燃料电池装置，其特征在于，

阳极分别包括不与相应的阴极成相对关系的非相对阳极部分，阴极分别包括不与相应的阳极成相对关系的非相对阴极部分；

非相对阳极部分经由连接元件通过导电阳极在细长基体内相互电连接，且非相对阴极部分经由连接元件通过导电阴极在细长基体内相互电连接；以及

一个阳极在所述至少一个冷区中包括位于细长基体的第一外表面的露出阳极部分，一个阴极在所述至少一个冷区中包括位于细长基体的第二外表面的露出阴极部分，所述装置还包括：

59.根据权利要求55所述的燃料电池装置，其特征在于，多个燃料通道包括第一燃料通道、和一个或多个第二燃料通道，多个氧化剂通道包括第一氧化剂通道、和一个或多个第二氧化剂通道；在第一燃料通道和第一氧化剂通道之间，第二燃料通道与第二氧化剂通道相交替。

60.根据权利要求59所述的燃料电池装置，其特征在于，第一燃料通道的相关阳极设置在第一燃料通道的与邻近的第二氧化剂通道最接近的表面上，第一氧化剂通道的相关阳极设置在第一氧化剂通道的与邻近的第二燃料通道最接近的表面上，每个第二燃料通道的相关阳极包括位于第二燃料通道的与第一和/或第二氧化剂通道邻近的每个相对表面上的阳极，每个第二氧化剂通道的相关阴极包括位于第二氧化剂通道的与第一和/或第二燃料通道邻近的每个相对表面上的阴极。

61.根据权利要求55所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括燃料供应部件，所述燃料供应部件连接到所述至少一个冷区，且与多个燃料通道流体连通，用于将燃料流供应到燃料通道中。

62.根据权利要求61所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料供应部件通过固定在所述装置的端部上的柔性橡胶或塑料管连接。

63.根据权利要求55所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括空气供应部件，所述空气供应部件连接到所述至少一个冷区，且与多个氧化剂通道流体连通，用于将空气流供应到氧化剂通道中。

64.根据权利要求63所述的燃料电池装置，其特征在于，空气供应部件通过固定在所述装置的端部上的柔性橡胶或塑料管连接。

65.根据权利要求55所述的燃料电池装置，其特征在于，所述第一部分还包括在所述至少一个冷区与反应区之间的预热区，且预热区中没有成相对关系的阳极和阴极。

66.根据权利要求65所述的燃料电池装置，其特征在于，至少一个阳极延伸到反应区的第一外表面，第一外部金属物从反应区的第一外表面延伸到所述至少一个冷区的相应外表面，且至少一个阴极延伸到反应区的第二外表面，第二外部金属物从反应区的第二外表面延伸到所述至少一个冷区的相应外表面。

67.根据权利要求65所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料通道和氧化剂通道还分别包括预热室，所述预热室处于所述至少一个冷区中并至少部分延伸到预热区中，每个预热室的容积比相应的燃料通道和氧化剂通道在反应区中的容积大。

68.根据权利要求55所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料通道从所述至少一个冷区中的燃料入口延伸到所述第一部分中、转弯并延伸返回到所述至少一个冷区中的燃料出口，氧化剂通道从所述至少一个冷区中的空气入口延伸到所述第一部分中、转弯并延伸返回到所述至少一个冷区中的空气出口；阳极和阴极在反应区中在细长基体内成相对关系，并在转弯部位与相应的燃料和空气出口之间，电解质在所述阳极和阴极之间；以及燃料和氧化剂通道在相应的燃料和空气入口与转弯部位之间没有相应的相关阳极和阴极。

69.根据权利要求55所述的燃料电池装置，其特征在于，所述至少一个冷区包括第一和第二冷区，所述第一和第二冷区位于细长基体的相应第一和第二端部处，反应区处于第一和第二冷区之间。

70.根据权利要求69所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料通道从第一冷区中的邻近于第一端部的燃料入口延伸经过反应区到达第二冷区中的邻近于第二端部的相应燃料出口；以及氧化剂通道从第二冷区中的邻近于第二端部的空气入口延伸到第一冷区中的邻近于第一端部的相应空气出口。

71.根据权利要求70所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

72.根据权利要求69所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料通道从第一冷区中的邻近于第一端部的燃料入口延伸经过反应区到达第二冷区中的邻近于第二端部的相应燃料出口，以及氧化剂通道从反应区中的空气入口延伸到第二冷区中的邻近于第二端部的相应空气出口。

73.根据权利要求72所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

74.根据权利要求55所述的燃料电池装置，其特征在于，所述至少一个冷区包括位于细长基体的第一端部处的单个冷区，反应区位于细长基体的第二相反端部处。

75.根据权利要求74所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料通道从单个冷区中的邻近于第一端部的燃料入口延伸到反应区中的邻近于第二端部的燃料出口，以及氧化剂通道从反应区中的空气入口延伸到反应区中的相应空气出口。

76.根据权利要求75所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

77.根据权利要求74所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料通道从单个冷区中的邻近于第一端部的燃料入口延伸到反应区中的邻近于第二端部的燃料出口，以及氧化剂通道从单个冷区中的邻近于第一端部的空气入口延伸到反应区中的邻近于第二端部的相应空气出口。

78.根据权利要求74所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

多个废气通道，每个废气通道连接到一对相对的燃料和空气通道，并且每个废气通道从反应区内邻近于第二相反端部处延伸到所述长度的第二部分中的相应废气出口。

79.根据权利要求55所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

80.一种固体氧化物燃料电池系统，包括：

热区室；

多个根据权利要求55所述的固体氧化物燃料电池装置，每个固体氧化物燃料电池装置被定位成使所述第一部分位于热区室、所述至少一个冷区延伸到热区室的外部；

热源，所述热源连接到热区室并适于将反应区在热区室内加热到工作反应温度；以及

燃料供应部件，所述燃料供应部件在热区室的外部连接到所述至少一个冷区，且与燃料通道流体连通，用于将燃料流供应到燃料通道中。

81.根据权利要求80所述的燃料电池系统，其特征在于，每个阳极在所述至少一个冷区中包括位于细长基体的第一外表面的露出阳极部分，每个阴极在所述至少一个冷区中包括位于细长基体的第二外表面的露出阴极部分，所述系统还包括：

负电压连接元件，所述负电压连接元件连接至所述至少一个冷区中的第一外表面，与至少一个露出阳极部分电接触；以及

正电压连接元件，所述正电压连接元件连接至所述至少一个冷区中的第二外表面，与至少一个露出阴极部分电接触。

82.根据权利要求80所述的燃料电池系统，其特征在于，燃料供应部件通过固定在所述装置的端部上的柔性橡胶或塑料管连接。

83.根据权利要求80所述的燃料电池系统，其特征在于，它还包括空气供应部件，所述空气供应部件在热区室的外部连接到所述至少一个冷区，且与氧化剂通道流体连通，用于将空气流供应到氧化剂通道中。

84.根据权利要求83所述的燃料电池系统，其特征在于，空气供应部件通过固定在所述装置的端部上的柔性橡胶或塑料管连接。

85.根据权利要求80所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一部分还分别包括：

位于所述至少一个冷区和反应区之间且在热区室中的预热区，预热区中没有成相对关系的阳极和阴极。

86.根据权利要求85所述的燃料电池系统，其特征在于，在每个装置中，阳极延伸到反应区的第一外表面，第一外部金属物从热区室中的反应区的第一外表面延伸到热区室外的所述至少一个冷区的相应外表面，阴极延伸到反应区的第二外表面，第二外部金属物从热区室中的反应区的第二外表面延伸到热区室外的所述至少一个冷区的相应外表面。

87.根据权利要求85所述的燃料电池系统，其特征在于，在每个装置中，燃料通道和氧化剂通道还分别包括预热室，所述预热室处于所述至少一个冷区中并至少部分延伸到热区室的预热区中，且每个预热室的容积比相应的燃料和氧化剂通道在反应区中的容积大。

88.根据权利要求85所述的燃料电池系统，其特征在于，在每个装置中，燃料通道从所述至少一个冷区中的燃料入口延伸到所述第一部分中、转弯并延伸返回到所述至少一个冷区中的燃料出口，氧化剂通道从所述至少一个冷区中的空气入口延伸到所述第一部分中、转弯并延伸返回到所述至少一个冷区中的空气出口；阳极和阴极在反应区中在细长基体内成相对关系，并在转弯部位与相应的燃料和空气出口之间，电解质在所述阳极和阴极之间；以及燃料和氧化剂通道在相应的燃料和空气入口与转弯部位之间没有相应的相关阳极和阴极。

89.根据权利要求80所述的燃料电池系统，其特征在于，在每个装置中，所述至少一个冷区包括第一和第二冷区，所述第一和第二冷区位于细长基体的相应第一和第二端部处并延伸到热区室的相反侧的外部，反应区处于第一和第二冷区之间且处于热区室内。

90.根据权利要求89所述的燃料电池系统，其特征在于，燃料通道从第一冷区中的邻近于第一端部的燃料入口延伸经过反应区到达第二冷区中的邻近于第二端部的相应燃料出口；以及氧化剂通道从第二冷区中的邻近于第二端部的空气入口延伸到第一冷区中的邻近于第一端部的相应空气出口。

91.根据权利要求90所述的燃料电池系统，其特征在于，它还包括：

燃料供应部件，所述燃料供应部件在热区室的外部连接到燃料入口，用于将燃料流供应到燃料通道中；以及

空气供应部件，所述空气供应部件在热区室的外部连接到空气入口，用于将空气流供应到氧化剂通道中。

92.根据权利要求89所述的燃料电池系统，其特征在于，燃料通道从第一冷区中的邻近于第一端部的燃料入口延伸经过反应区到达第二冷区中的邻近于第二端部的相应燃料出口，氧化剂通道从反应区中的空气入口延伸到第二冷区中的邻近于第二端部的相应空气出口。

93.根据权利要求92所述的燃料电池系统，其特征在于，它还包括：

94.根据权利要求80所述的燃料电池系统，其特征在于，在每个装置中，所述至少一个冷区包括单个冷区，所述单个冷区位于细长基体的第一端部处、处于热区室的外部，反应区位于细长基体的第二相反端部处、处于热区室的内部。

95.根据权利要求94所述的燃料电池系统，其特征在于，燃料通道从单个冷区中的邻近于第一端部的燃料入口延伸到反应区中的邻近于第二端部的燃料出口，氧化剂通道从反应区中的空气入口延伸到反应区中的相应空气出口。

96.根据权利要求95所述的燃料电池系统，其特征在于，它还包括：

97.根据权利要求94所述的燃料电池系统，其特征在于，燃料通道从单个冷区中的邻近于第一端部的燃料入口延伸到反应区中的邻近于第二端部的燃料出口，氧化剂通道从单个冷区中的邻近于第一端部的空气入口延伸到反应区中的邻近于第二端部的相应空气出口。

98.根据权利要求94所述的燃料电池系统，其特征在于，在每个装置中还包括：

多个废气通道，每个废气通道连接到一对相对的燃料和空气通道，并且每个废气通道从反应区内邻近于第二相反端部处延伸到所述长度的位于热区室外的第二部分中的相应废气出口。

99.根据权利要求55所述的燃料电池装置，其特征在于，

所述至少一个冷区包括第一和第二冷区，所述第一和第二冷区位于细长基体的相应的第一和第二端部处，反应区位于第一和第二冷区之间；

细长基体沿长度方向被分成第一侧部分、第二侧部分和位于中间的中间部分，每个部分在第一和第二端部之间延伸；以及

多个燃料通道和多个氧化剂通道包括在第一侧部分中从第一冷区延伸到第二冷区的交替设置的多个第一燃料通道和多个第一氧化剂通道、以及在第二侧部分中从第一冷区延伸到第二冷区的交替设置的多个第二燃料通道和多个第二氧化剂通道，所述装置还包括：

多个第一电极，每个第一电极从第一侧部分中的第一燃料通道延伸经过中间部分到达第二侧部分中的邻近的第二氧化剂通道，每个第一电极在第一侧部分中是相关阳极、在第二侧部分中是相关阴极、以及在中间部分中是第一桥接件；以及

多个第二电极，每个第二电极从第一侧部分中的第一氧化剂通道延伸经过中间部分到达第二侧部分中的邻近的第二燃料通道，每个第二电极在第一侧部分中是相关阴极、在第二侧部分中是相关阳极、以及在中间部分中是第二桥接件。

100.根据权利要求99所述的燃料电池装置，其特征在于，第一和第二燃料通道从第一冷区中的邻近于第一端部的相应第一和第二燃料入口延伸经过反应区到达第二冷区中的邻近于第二端部的相应第一和第二燃料出口；以及第一和第二氧化剂通道从第二冷区中的邻近于第二端部的相应第一和第二空气入口延伸到第一冷区中的邻近于第一端部的相应空气出口。

101.一种使用根据权利要求55所述的装置的方法，包括：

将细长基体定位成使所述第一部分位于热区室中、第二部分位于热区室外；

将燃料供应部件在热区室外的所述至少一个冷区中连接到多个燃料通道；

将空气供应部件在热区室外的所述至少一个冷区中连接到多个氧化剂通道；

从相应的燃料和空气供应部件将燃料和空气供应到相应的燃料和氧化剂通道中并到达加热的反应区，从而使燃料和空气产生反应。

102.一种使用根据权利要求80所述的系统的方法，包括：

从燃料供应部件将燃料供应到燃料通道中并到达加热的反应区，以便与氧化剂通道中的空气产生反应。

103.一种固体氧化物燃料电池装置，包括：

细长基体，所述细长基体具有与第一端部邻近的第一冷端区、与第二端部邻近的第二冷端区、以及在第一和第二冷端部区之间的热反应区，其中热反应区构造成被加热到工作反应温度，第一和第二冷端区构造成保持在工作反应温度以下的低温；

位于第一冷端区的燃料入口、和位于热反应区或第二冷端区中的一个的相应燃料出口，燃料入口和燃料出口之间通过细长燃料通道连接，所述细长燃料通道至少部分延伸穿过细长基体内的热反应区；

位于第二冷端区的氧化剂入口、和位于热反应区或第一冷端区中的一个的相应氧化剂出口，氧化剂入口和氧化剂出口之间通过细长氧化剂通道连接，所述细长氧化剂通道至少部分延伸穿过细长基体内的热反应区，并且与细长燃料通道是平行和相对关系；

阳极，所述阳极在细长基体内与热反应区的燃料通道邻近，并电连接到细长基体上的位于第一和第二冷端区之一处的第一外接触面；

阴极，所述阴极在细长基体内与热反应区的氧化剂通道邻近，并电连接到细长基体上的位于第一和第二冷端区中之一处的第二外接触面；

位于阳极和阴极之间的固体电解质；

连接到第一外接触面的负电连接元件；以及

连接到第二外接触面的正电连接元件。

104.根据权利要求103所述的燃料电池装置，其特征在于，第一和第二端部之间的长度明显大于细长基体的宽度和厚度，从而细长基体具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀仅仅具有与所述长度同延伸的一个主轴。

105.根据权利要求103所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料出口在热反应区中与第二冷端区邻近。

106.根据权利要求103所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料出口处于与第二端部邻近的第二冷端区中。

107.根据权利要求103所述的燃料电池装置，其特征在于，氧化剂出口在热反应区中与第一冷端区邻近。

108.根据权利要求103所述的燃料电池装置，其特征在于，氧化剂出口处于与第一端部邻近的第一冷端区中。

109.根据权利要求103所述的燃料电池装置，其特征在于，它还包括：

第一细长部分，所述第一细长部分由第一端部和热反应区之间的第一长度和横向第一宽度限定；

第二细长部分，所述第二细长部分由第二端部和热反应区之间的第二长度和横向第二宽度限定；以及

在热反应区中的大表面积区，所述大表面积区由第三长度和第三宽度限定，

其中，相应的第一和第二细长部分的第一和第二长度明显大于相应的第一和第二细长部分中的细长基体的相应的第一和第二宽度和厚度，从而第一和第二细长部分的每一个具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀具有与相应的第一和第二长度同延伸的主轴，以及

其中，第三长度不明显大于第三宽度，从而大表面积区具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀具有与第三长度同延伸的第一轴、和与第三宽度同延伸的第二轴。

110.根据权利要求109所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料出口在热反应区中、与第二冷端区邻近，氧化剂出口在热反应区中、与第一冷端区邻近。

111.根据权利要求109所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料出口在与第二端部邻近的第二冷端区，氧化剂出口在与第一端部邻近的第一冷端区。

112.根据权利要求103所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料出口在热反应区中、与第二冷端区邻近，氧化剂出口在热反应区中、与第一冷端区邻近。

113.根据权利要求103所述的燃料电池装置，其特征在于，燃料出口在热反应区中、与第二冷端区邻近，氧化剂出口在与第一端部邻近的第一冷端区。

114.一种固体氧化物燃料电池系统，包括：

热区室；

多个根据权利要求103所述的固体氧化物燃料电池装置，每个固体氧化物燃料电池装置被定位成使热反应区位于热区室中、且第一和第二冷端区延伸到热区室的外部；

热源，所述热源连接到热区室并适于将热反应区在热区室内加热到工作反应温度；

燃料供应部件，所述燃料供应部件在热区室的外部连接到第一冷端区，且与燃料通道流体连通，用于将燃料流供应到燃料通道中；以及

空气供应部件，所述空气供应部件在热区室的外部连接到第二冷端区，且与氧化剂通道流体连通，用于将空气流供应到氧化剂通道中。

115.根据权利要求114所述的燃料电池系统，其特征在于，它还包括在热源与第一冷端区之间的第一隔热区、在热源与第二冷端区之间的第二隔热区，适于将所述至少一个冷区保持在工作反应温度以下的温度。

116.根据权利要求114所述的燃料电池系统，其特征在于，第一端部和第二端部之间的长度明显大于细长基体的宽度和厚度，从而细长基体具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀仅仅具有与所述长度同延伸的一个主轴。

117.根据权利要求114所述的燃料电池系统，其特征在于，燃料出口在热反应区中、与第二冷端区邻近，氧化剂出口在热反应区中、与第一冷端区邻近。

118.根据权利要求114所述的燃料电池系统，其特征在于，燃料出口在与第二端部邻近的第二冷端区，氧化剂出口在与第一端部邻近的第一冷端区。

119.根据权利要求114所述的燃料电池系统，其特征在于，它还包括：

120.一种使用根据权利要求103所述的装置的方法，包括：

将细长基体定位成使热反应区位于热区室中、第一和第二冷端区延伸到热区室外；

将燃料供应部件在热区室的外部连接到第一冷端区，且与燃料入口流体连通；

将空气供应部件在热区室的外部连接到第二冷端区，且与氧化剂入口流体连通；

在热区室中施加热量，将反应区加热到400℃以上的工作温度，同时使第一和第二冷端区保持在低于300℃的低温；以及

通过相应的燃料和氧化剂入口将燃料和空气供应到热反应区中的相应燃料和氧化剂通道中，从而使燃料和空气产生反应并产生电子，所述电子传导到相应的第一和第二外接触面并到达相应的负和正电连接元件。

121.一种使用根据权利要求114所述的系统的方法，包括：

从相应燃料和空气供应部件将燃料和空气供应到相应的燃料和空气通道中并到达热反应区，以使燃料和空气产生反应并产生电子，所述电子传导到相应的第一和第二外接触面并到达相应的负和正电连接元件。

122.一种固体氧化物燃料电池装置，包括：

细长基体，所述细长基体具有之间有一长度的第一端部和相反的第二端部、沿所述长度的第一部分的与第一端部邻近的冷区、以及沿所述长度的第二部分的与第二端部邻近的热反应区，其中热反应区构造成被加热到工作反应温度，冷区构造成保持在工作反应温度以下的低温；

冷区中的燃料入口，所述燃料入口连接到细长燃料通道，所述细长燃料通道在细长基体内延伸经过热反应区到达与第一端部邻近的相应燃料出口；

冷区中的氧化剂入口，所述氧化剂入口连接到细长氧化剂通道，所述细长氧化剂通道在细长基体内延伸经过热反应区到达与第一端部邻近的相应氧化剂出口，且与细长燃料通道成平行和相对关系；

阳极，所述阳极在细长基体内、在热反应区中与燃料通道邻近，并电连接到细长基体上的位于冷区中的第一外接触面；

阴极，所述阴极在细长基体内、在热反应区中与氧化剂通道邻近，并电连接到细长基体上的位于冷区中的第二外接触面；

在阳极和阴极之间的固体电解质；

连接到第一外接触面的负电连接元件；以及

连接到第二外接触面的正电连接元件。

123.根据权利要求122所述的燃料电池装置，其特征在于，第一端部和第二端部之间的长度明显大于细长基体的宽度和厚度，从而细长基体具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀仅仅具有与所述长度同延伸的一个主轴。

124.根据权利要求122所述的燃料电池装置，其特征在于，所述第一部分是长度明显大于宽度或厚度的细长部分，从而所述第一部分具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀具有与所述长度的所述第一部分同延伸的一个主轴，且热反应区包括长度不明显大于宽度的大表面积区，从而大表面积区具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀具有沿所述长度的第一轴以及横过所述长度的第二轴。

125.根据权利要求122所述的燃料电池装置，其特征在于，所述第二部分比第一部分薄，且第二部分自身卷绕。

126.一种固体氧化物燃料电池系统，包括：

热区室；

多个根据权利要求122所述的固体氧化物燃料电池装置，每个固体氧化物燃料电池装置被定位成使热反应区位于热区室中、冷区延伸到热区室的外部；

热源，所述热源连接到热区室并适于在热区室内将热反应区加热到工作反应温度；

燃料供应部件，所述燃料供应部件在热区室的外部连接到冷区，且与燃料通道流体连通，用于将燃料流供应到燃料通道中；以及

空气供应部件，所述空气供应部件在热区室的外部连接到冷区，且与氧化剂通道流体连通，用于将空气流供应到氧化剂通道中。

127.根据权利要求126所述的燃料电池系统，其特征在于，它还包括位于热源与冷区之间的隔热区，适于将冷区保持在工作反应温度以下的温度。

128.根据权利要求126所述的燃料电池系统，其特征在于，第一端部和第二端部之间的长度明显大于细长基体的宽度和厚度，从而细长基体具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀仅仅具有与所述长度同延伸的一个主轴。

129.根据权利要求126所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一部分是长度明显大于宽度或厚度的细长部分，从而第一部分具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀具有与所述长度的所述第一部分同延伸的一个主轴，且热反应区包括长度不明显大于宽度的大表面积区，从而大表面积区具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀具有沿所述长度的第一轴以及横过所述长度的第二轴。

130.根据权利要求126所述的燃料电池系统，其特征在于，第二部分比第一部分薄，且第二部分自身卷绕并位于热区室中。

131.一种使用根据权利要求122所述的装置的方法，包括：

将细长基体定位成使热反应区位于热区室中、冷区延伸到热区室外；

将燃料供应部件在热区室的外部连接到冷区，且与燃料入口流体连通；

将空气供应部件在热区室的外部连接到冷区，且与氧化剂入口流体连通；

在热区室中施加热量，将反应区加热到400℃以上的工作温度，同时使冷区保持在低于300℃的低温；以及

通过相应的燃料和氧化剂入口将燃料和空气供应到热反应区的相应燃料和氧化剂通道中，从而使燃料和空气产生反应并产生电子，所述电子传导到相应的第一和第二外接触面并到达相应的负和正电连接元件。

132.一种使用根据权利要求126所述的系统的方法，包括：

从相应的燃料和空气供应部件将燃料和空气供应到相应的燃料和氧化剂通道中并到达热反应区，以使燃料和空气产生反应并产生电子，所述电子传导到相应的第一和第二外接触面并到达相应的负和正电连接元件。

133.一种制造固体氧化物燃料电池的方法，包括：

提供长度是最大尺寸的细长整体烧结陶瓷基体，使细长基体具有这样的热膨胀系数，其中热膨胀仅仅具有与所述长度同延伸的一个主轴，且细长基体包括多个第一通道、以及与多个第一通道中的相应一个成相对关系定位的多个第二通道；

使用包括阳极颗粒和第一液体的流体阳极材料填充第一通道；

去除第一液体并在每个第一通道的表面上形成一层阳极颗粒；

使用包括阴极颗粒和第二液体的流体阴极材料填充第二通道；以及

去除第二液体并在每个第二通道的表面上形成一层阴极颗粒。

134.根据权利要求133所述的方法，其特征在于，去除步骤包括改变流体阳极材料的pH值以及流体阴极材料的pH值，以使相应的阳极和阴极颗粒沉积在第一和第二通道的相应表面上，然后从第一和第二通道中抽出相应的第一和第二液体。

135.根据权利要求133所述的方法，其特征在于，去除步骤包括使相应的阳极和阴极颗粒沉降在第一和第二通道的相应表面上，然后将相应的第一和第二液体从第一和第二通道中干燥或烘烤出去。

136.根据权利要求135所述的方法，其特征在于，沉降包括使用离心作用强迫相应的阳极和阴极颗粒沉降在第一和第二通道的相应表面上。

137.根据权利要求133所述的方法，其特征在于，第一和第二通道的表面具有不平的表面形貌。

138.根据权利要求137所述的方法，其特征在于，不平的表面形貌通过在填充步骤之前将表面衬上表面颗粒提供。

139.根据权利要求137所述的方法，其特征在于，不平的表面形貌通过在所述表面处于烧结前的原始材料状态时将有图案的物品在表面上挤压以将图案转移到表面上提供，然后再烧结使有图案的表面硬化。