阅读说明：本技术 具有横向分段的燃料电池的燃料电池管 (Fuel cell tube with laterally segmented fuel cells ) 是由 E·多姆 R.格特勒 Z·刘 C·奥斯本 于 2019-04-30 设计创作，主要内容包括：本公开的各种实施方案提供了一种燃料电池管,其包括一个或多个横向分段的燃料电池,每个燃料电池包括彼此电隔离的多个燃料电池部分。当组装成燃料电池堆时,管互连件经由它们各自的横向分段的燃料电池电连接至相邻的燃料电池管。使用横向分段的燃料电池来产生燃料电池管至燃料电池管的电连接能够实现对相邻的燃料电池管之间的电连接的更精确的测试。(Various embodiments of the present disclosure provide a fuel cell tube comprising one or more laterally segmented fuel cells, each fuel cell comprising a plurality of fuel cell portions electrically isolated from each other. When assembled into a fuel cell stack, the tube interconnects are electrically connected to adjacent fuel cell tubes via their respective laterally segmented fuel cells. The use of laterally segmented fuel cells to create fuel cell tube-to-fuel cell tube electrical connections enables more accurate testing of electrical connections between adjacent fuel cell tubes.)

具有横向分段的燃料电池的燃料电池管

技术领域

本公开涉及燃料电池管。更具体地，本公开涉及包括一个或多个横向分段的燃料电池的燃料电池管。

背景技术

燃料电池是通过使燃料氧化而生产电能的电化学转换装置。燃料电池可以是电化学活泼的燃料电池和电化学不活泼的燃料电池(即，模拟电池)中的一种。电化学活泼的燃料电池通常包括阳极、阴极和位于阳极与阴极之间的电解质。燃料电池管通常包括布置在基底上并经由主互连件而彼此串联地电连接的多个燃料电池。燃料电池堆通常包括经由管互连件而彼此串联地电连接的多个燃料电池管。燃料电池系统包括彼此串联地电连接的多个燃料电池堆和被配置为向燃料电池的阳极提供燃料和向燃料电池的阴极提供氧化剂的若干组件。氧化剂中的氧在阴极处被还原成氧离子，其通过电解质层扩散到阳极中。燃料在阳极处被氧化，这释放出流过电负载的电子。

发明内容

本公开的各种实施方案提供了一种燃料电池管，其包括一个或多个横向分段的电化学活泼的燃料电池或模拟电池，每个电池包括彼此电隔离的横向的电化学活泼的燃料电池或模拟电池部分，使得不存在跨越管宽度的连续的电通路。当组装成燃料电池堆时，管互连件经由它们各自的横向分段的燃料电池电连接至相邻的燃料电池管。使用横向分段的电化学活泼的燃料电池或模拟电池产生燃料电池管至燃料电池管的电连接能够实现对相邻的燃料电池管之间的电连接的更精确的测试。

在一些实例中，分段串联(segmented-in-series)的固体氧化物燃料电池系统包括第一燃料电池管、第二燃料电池管和第一管互连件。第一燃料电池管可以包括基底，其具有第一末端和相对的第二末端、在第一和第二末端之间延伸的第一主表面以及在第一和第二末端之间延伸的第二相对主表面。第一燃料电池管还可以包括布置在第一主表面上的多个燃料电池，每个燃料电池跨越第一主表面横向延伸，且被定位在第一和第二末端之间。在一些实例中，第一主表面上的多个燃料电池中的最接近第一末端的第一选定燃料电池是横向分段的，使得第一选定燃料电池的第一横向末端与第一选定燃料电池的第二横向末端是电隔离的。在一些实例中，燃料电池管可以包括“模拟”电池，即，仅包括阴极层或者阴极层与阴极集电器层的电池。在一些实例中，多个燃料电池中的内部选定燃料电池是邻近第一选定燃料电池的燃料电池。多个燃料电池中的内部选定燃料电池可以是横向分段的，使得内部选定燃料电池的第一横向末端与内部选定燃料电池的第二横向末端是电隔离的。

第二燃料电池管可以包括基底，其具有第一末端和相对的第二末端、在第一和第二末端之间延伸的第一主表面以及在第一和第二末端之间延伸的第二相对主表面。第二燃料电池管还可以包括布置在第一主表面上的多个燃料电池，每个燃料电池跨越第一主表面横向延伸，且被定位在第一和第二末端之间。在一些实例中，第一主表面上的多个燃料电池中的最接近第二末端的第一选定燃料电池是横向分段的，使得第一选定燃料电池的第一横向末端与第一选定燃料电池的第二横向末端是电隔离的。在一些实例中，燃料电池管可以包括“模拟”电池，即，仅包括阴极层或者阴极层与阴极集电器层的电池。

分段串联的固体氧化物燃料电池系统还可以包括第一管互连件，其将第一燃料电池管的第一选定燃料电池的第一横向末端电连接至第二燃料电池管的第一选定燃料电池的第二横向末端。

在一些实例中，燃料电池管包括基底，其限定穿过其中的一个或多个燃料导管，该基底具有第一末端和相对的第二末端、在第一和第二末端之间延伸的第一主表面以及在第一和第二末端之间延伸的第二相对主表面。燃料电池管还可以包括被布置在第一主表面上的多个燃料电池，每个燃料电池跨越第一主表面横向延伸并被定位在第一和第二末端之间。在一些实例中，第一主表面上的多个燃料电池中的最接近第一末端的第一选定燃料电池是横向分段的，使得第一选定燃料电池的第一横向末端与第一选定燃料电池的第二横向末端是电隔离的。在一些实例中，布置在第一主表面上的多个燃料电池中的第一内部选定燃料电池是邻近第一选定燃料电池的燃料电池。多个燃料电池中的第一内部选定燃料电池可以是横向分段的，使得第一内部选定燃料电池的第一横向末端与第一内部选定燃料电池的第二横向末端是电隔离的。

附图说明

图1是本公开的燃料电池管的一个实施方案的俯视图。

图2是图1的燃料电池管的侧向视图。

图3是基本上沿图1的线3–3截取的图1的燃料电池管的正向剖视图。

图4是基本上沿图1的线4–4截取的图1的燃料电池管的一个燃料电池的一部分的侧向剖视图。

图5是本公开的燃料电池堆的一个实施方案的六个燃料电池管的侧向视图。

图6是基本上沿图5的线6–6截取的图5的燃料电池堆的燃料电池管的正向剖视图。

图7是基本上沿图5的线7–7截取的图5的燃料电池堆的燃料电池管的后向剖视图。

图8A–图8D是现有技术的燃料电池堆的两个现有技术的燃料电池管在电阻测试期间的正向剖视图。

图9A–图9D是基本上沿图5的线6–6截取的图5的燃料电池堆的两个燃料电池管在电阻测试期间的正向剖视图。

图10A和10B是显示本公开的燃料电池管的一个实施方案的沿管的长度方向的侧视图的示意图。图10A显示管的阳极侧，图10B显示管的阴极侧。

图11A和图11B是显示本公开的燃料电池管的一个实施方案的俯视图的示意图。图11C和图11D是显示本公开的燃料电池管的一个实施方案的仰视图的示意图。图11A和图11C显示管的阳极侧，图11B和图11D显示管的阴极侧。

图12是本公开的燃料电池管的一个实施方案的俯视图。

图13是图12的燃料电池管的侧向视图。

图14A是基本上沿图12的线8–8截取的图12的燃料电池管的正向剖视图。图14B是基本上沿图12的线9–9截取的图12的燃料电池管的正向剖视图。

图15A和图15B是本公开的燃料电池堆的一个实施方案的三个燃料电池管的正向剖视图。

具体实施方式

尽管本文所述的特征、方法、装置和系统可以采取各种方式实施，但附图显示了且详细说明描述了一些示例性的和非限制性的实施方案。并非附图和详细描述中显示和描述的所有组件都是必须的，且一些实施可以包括区别于所显示和描述的那些内容的另外的、不同的或较少的组件。在不偏离本文给出的权利要求的精神和范围的情况下，可以改变组件的布置和类型；组件的形状、尺寸和材料；以及组件附接和连接的方式。本说明书旨在被整体看待并根据本文所教导的且被本领域普通技术人员所理解的本发明的原则来解释。

图1–图4阐述了本公开的燃料电池管100及其组件的一个示例性实施方案。图5–图7阐述了本公开的燃料电池堆10的一个示例性实施方案的一部分，其包括彼此电连接的燃料电池管100以及燃料电池管200、300、400、500和600。

燃料电池管100包括多孔基底110，其具有宽度W、长度L、厚度T、大体上平的上主表面110a和大体上平的下主表面110b。如图3所示，多个燃料导管110c沿基底110的长度L延伸通过基底110。燃料电池管100可流体连接至歧管(未示出)，该歧管可流体连接至燃料源，从而燃料可以从燃料源流动通过歧管并进入和通过燃料导管110c。在该示例性实施方案中，基底110由MgO—MgAl₂O₄(MMA)形成，尽管在其他实施方案中，除了MMA之外或者代替MMA，基底110可以由任何适当的材料(例如掺杂的氧化锆和/或镁橄榄石)形成。

第一和第二多孔阳极阻挡层120a和120b被分别布置在基底110的上下主表面110a和110b上。第一和第二多孔阳极阻挡层120a和120b被配置为防止燃料电池(下文描述)的阳极和基底110之间的反应，且不被配置为在给定的燃料电池内或在两个燃料电池之间提供导电性。此外，第一和第二多孔阳极阻挡层120a和120b不被配置为参与由燃料产生电能的电化学反应。在该示例性实施方案中，第一和第二多孔阳极阻挡层120a和120b由不是电导体的惰性多孔陶瓷材料形成，例如3YSZ或另一种适当的掺杂的氧化锆，尽管在其他实施方案中，除了掺杂的氧化锆或者代替掺杂的氧化锆，第一和第二多孔阳极阻挡层120a和120b可以由任何适当的材料(例如SrZrO₃或SrTiO₃-掺杂的氧化锆复合材料)形成。在其他实施方案中，燃料电池管100不包括第一和第二多孔阳极阻挡层120a和120b。

多个燃料电池130、第一横向分段的燃料电池140和第二横向分段的燃料电池150被布置在第一多孔阳极阻挡层120a上。每个燃料电池130、第一横向分段的燃料电池140和第二横向分段的燃料电池150大体上沿基底110的宽度W方向横向延伸，且在相对的第一和第二横向末端(未标记)中终止。燃料电池130被定位在第一和第二横向分段的燃料电池140和150之间，该第一和第二横向分段的燃料电池140和150大体上沿基底110的长度L方向定位在第一多孔阳极阻挡层120a的相对的末端处。第一多孔阳极阻挡层120a上的燃料电池130、第一横向分段的燃料电池140和第二横向分段的燃料电池150经由主互连件(未示出)而串联地电连接。

如图1和图3最好地显示的，第一横向分段的燃料电池140包括第一和第二燃料电池部分140a和140b。第一和第二燃料电池部分140a和140b沿基底110的宽度W方向以间隔140c横向分开，使得第一和第二燃料电池部分140a和140b是电隔离的，使得在燃料电池中不存在跨越燃料电池管宽度的连续的电通路。换句话说，沿基底110的宽度W方向，在第一和第二燃料电池部分140a和140b之间不存在连续的直接电通路。在该示例性实施方案中，间隔140c在基底110的宽度W方向上为0.5毫米，尽管间隔140c可以是足以确保第一和第二燃料电池部分140a和140b是电隔离的任何适当的尺寸。

如图1和图3最好地显示的，第二横向分段的燃料电池150包括第一和第二燃料电池部分150a和150b。第一和第二燃料电池部分150a和150b沿基底110的宽度W方向以间隔150c横向分开，使得第一和第二燃料电池部分150a和150b是电隔离的，使得在燃料电池中不存在跨越燃料电池管宽度的连续的电通路。换句话说，沿基底110的宽度W方向，在第一和第二燃料电池部分150a和150b之间不存在连续的直接电通路。在该示例性实施方案中，间隔150c在基底110的宽度W方向上为0.5毫米，尽管间隔150c可以是足以确保第一和第二燃料电池部分150a和150b是电隔离的任何适当的尺寸。

类似地，多个燃料电池130、第三横向分段的燃料电池160和第四横向分段的燃料电池170被布置在第二多孔阳极阻挡层120b上。每个燃料电池130、第三横向分段的燃料电池160和第四横向分段的燃料电池170大体上沿基底110的宽度W方向横向延伸。燃料电池130被定位在第三和第四横向分段的燃料电池160和170之间，该第三和第四横向分段的燃料电池160和170大体上沿基底110的长度L方向定位在第二多孔阳极阻挡层120b的相对的末端处。第二多孔阳极阻挡层120b上的燃料电池130、第三横向分段的燃料电池160和第四横向分段的燃料电池170经由主互连件(未示出)而串联地电连接。

如图1和图3最好地显示的，第三横向分段的燃料电池160包括第一和第二燃料电池部分160a和160b。第一和第二燃料电池部分160a和160b沿基底110的宽度W方向以间隔160c分开，使得第一和第二燃料电池部分160a和160b是电隔离的，使得在燃料电池中不存在跨越燃料电池管宽度的连续的电通路。换句话说，沿基底110的宽度W方向，在第一和第二燃料电池部分160a和160b之间不存在连续的直接电通路。在该示例性实施方案中，间隔160c在基底110的宽度W方向上为0.5毫米，尽管间隔160c可以是足以确保第一和第二燃料电池部分160a和160b是电隔离的任何适当的尺寸。

如图1和图3最好地显示的，第四横向分段的燃料电池170包括第一和第二燃料电池部分170a和170b。第一和第二燃料电池部分170a和170b在基底110的宽度W方向上以间隔170c横向分开，使得第一和第二燃料电池部分170a和170b是电隔离的，使得在燃料电池中不存在跨越燃料电池管宽度的连续的电通路。换句话说，沿基底110的宽度W方向，在第一和第二燃料电池部分170a和170b之间不存在连续的直接电通路。在该示例性实施方案中，间隔170c沿基底110的宽度W方向为0.5毫米，尽管间隔170c可以是足以确保第一和第二燃料电池部分170a和170b是电隔离的任何适当的尺寸。

如图4所示，每个燃料电池130和每个横向分段的燃料电池140、150、160、170、181、190和191的每个燃料电池部分包括阳极集电器130a、阳极130b、电解质130c、阴极130d和阴极集电器130e。阳极130b被布置在阳极集电器130a和电解质130c之间。电解质130c被布置在阳极130b和阴极130d之间。阴极130d被布置在电解质130c和阴极集电器130e之间。阳极集电器130a电连接至阳极130b，且阴极集电器130e电连接至阴极130d。阳极和阴极集电器130a和130e为电子的迁移提供的导电通路比阳极和阴极一起可能提供的导电通路高。

在该示例性实施方案中，阳极集电器130a是由镍金属陶瓷形成的电极导电层。适当的材料的实例包括Ni–YSZ(氧化锆中的氧化钇掺杂为3–8mol％)；Ni–ScSZ(氧化钪掺杂为4–10mol％，优选地第二掺杂用于10mol％氧化钪-ZrO₂的相稳定)；Ni-掺杂的二氧化铈(例如Gd或Sm掺杂)；Ni和掺杂的铬酸镧的金属陶瓷(例如A位点上的Ca掺杂和B位点上的Zn掺杂)；Ni和掺杂的钛酸锶的金属陶瓷(例如A位点上的La掺杂和B位点上的Mn掺杂)和/或La_{1- x}Sr_xMn_yCr_1-yO₃。在其他实施方案中，阳极集电器可以由金属陶瓷形成，该金属陶瓷在保持Ni含量之外还至少部分地基于一种或多种贵金属和/或一种或多种贵金属合金。金属陶瓷中的贵金属可以包括例如Pt、Pd、Au、Ag和/或其合金。陶瓷相可以包括例如不活泼的非导电相，包括例如YSZ、ScSZ和/或一个或多个其他不活泼的相，例如具有期望的热膨胀系数(CTE)以控制该层的CTE，以匹配基底110和电解质130c的CTE。在一些实施方案中，陶瓷相可以包括Al₂O₃和/或尖晶石例如NiAl₂O₄、MgAl₂O₄、MgCr₂O₄或NiCr₂O₄。在其他实施方案中，陶瓷相可以是导电的，例如掺杂的铬酸镧、掺杂的钛酸锶和/和一种或多种形式的LaSrMnCrO。阳极集电器130a材料的一个具体实例是76.5％Pd、8.5％Ni、15％3YSZ。

在该示例性实施方案中，阳极130b由xNiO-(100-x)YSZ(x为55至75重量比)、yNiO-(100-y)ScSZ(y为55至75重量比)、NiO-氧化钆稳定化的二氧化铈(例如55wt％NiO-45wt％GDC)和/或NiO氧化钐稳定化的二氧化铈形成。在其他实施方案中，阳极可以由掺杂的钛酸锶、La_1-xSr_xMn_yCr_1-yO₃(例如La_0.75Sr_0.25Mn_0.5Cr_0.5O₃)和/或其他基于陶瓷的阳极材料形成。

在该示例性实施方案中，电解质130c由陶瓷材料形成。在一些实施方案中，电解质130c由质子和/或阳离子传导陶瓷形成。在其他实施方案中，电解质130c由YSZ例如3YSZ和/或8YSZ形成。在其他实施方案中，除了YSZ之外或者代替YSZ，电解质130c由ScSZ例如4ScSZ、6ScSz和/或10ScSZ形成。在其他实施方案中，电解质130c可以由掺杂的二氧化铈和/或掺杂的镓酸镧形成。电解质130c基本上不允许通过或经过燃料电池管100流动的氧化剂(例如空气或O₂)和燃料(例如H₂)扩散通过其中，但能够允许氧离子和/或质子的扩散，这取决于特定的实施方案及其应用。

在该示例性实施方案中，阴极130d由电化学催化陶瓷和离子相的混合物形成。电化学催化相由LSM(La_1-xSr_xMnO₃，x＝0.1至0.3)、La_1-xSr_xFeO₃(例如x＝0.3)、La_1-xSr_xCo_yFe_{1- y}O₃(例如La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃)和/或Pr_1-xSr_xMnO₃(例如Pr_0.8Sr_0.2MnO₃)中的至少一种组成，尽管可以采用其他材料。例如，在一些实施方案中，阴极130d由Ruddlesden-Popper镍酸盐和La_1-xCa_xMnO₃(例如La_0.8Ca_0.2MnO₃)材料形成。离子相可以是YSZ，其含有3–8mole％的氧化钇；或ScSZ，其含有4–10mole％氧化钪和对于高氧化钪稳定化的氧化锆(8–10ScSZ)任选的低含量(约1mole％)的Al、Y或二氧化铈的第二掺杂剂，以防止形成菱面体相。电化学催化陶瓷相可以占阴极体积的40–60％。

在该示例性实施方案中，阴极集电器130e是由导电陶瓷形成的电极导电层并且在很多情况下在其化学方面类似于阴极的电化学催化陶瓷相。例如，LSM+YSZ阴极通常将采用LSM(La_1-xSr_xMnO₃，x＝0.1至0.3)阴极集电器。阴极集电器130e的其他实施方案可以包括LaNi_xFe_1-xO₃(例如LaNi_0.6Fe_0.4O₃)、La_1-xSr_xMnO₃(例如La_0.75Sr_0.25MnO₃)、掺杂的铬酸镧(例如La_1-xCa_xCrO_3-δ，x＝0.15-0.3)和/或Pr_1-xSr_xCoO₃例如Pr_0.8Sr_0.2CoO₃中的至少一种。在其他实施方案中，阴极集电器130e可以由贵金属金属陶瓷形成。贵金属金属陶瓷中的贵金属可以包括例如Pt、Pd、Au、Ag和/或其合金。还可以包括非导电陶瓷相，例如，YSZ、ScSZ和Al₂O₃，或其他陶瓷材料。阴极集电器130e材料的一个具体实例是80wt％Pd–20wt％LSM。

在该示例性实施方案中，燃料电池130和横向分段的燃料电池140、150、160、170、181、190和191是通过以下形成的：通过例如丝网印刷和/或喷墨印刷，将膜/层沉积在基底110的上和下主表面110a和110b上，以形成多孔阳极阻挡层、主互连件、阳极集电器和阳极、电解质以及阴极和阴极集电器。在其他实施方案中，除了丝网印刷和/或喷墨印刷之外或者代替丝网印刷和/或喷墨印刷，可以通过一种或多种其他技术来沉积膜/层。在各种实施方案中，在沉积一个或多个膜/层之后进行一个或多个烧制/烧结循环。其他实施方案对于一个或多个膜/层沉积可以不需要任何烧制/烧结。

第一燃料电池连接器145a电连接至第一横向分段的燃料电池140的第一燃料电池部分140a和第三横向分段的燃料电池160的第一燃料电池部分160a(并将其电连接)。第二燃料电池连接器145b电连接至第一横向分段的燃料电池140的第二燃料电池部分140b和第三横向分段的燃料电池160的第二燃料电池部分160b(并将其电连接)。第三燃料电池连接器155a电连接至第二横向分段的燃料电池150的第一燃料电池部分150a和第四横向分段的燃料电池170的第一燃料电池部分170a(并将其电连接)。第四燃料电池连接器155b电连接至第二横向分段的燃料电池150的第二燃料电池部分150b和第四横向分段的燃料电池170的第二燃料电池部分170b(并将其电连接)。

在该示例性实施方案中，第一燃料电池连接器145a电连接至第一燃料电池部分140a和160a的阴极集电器(并在该示例性实施方案中与其接触)，且第二燃料电池连接器145b电连接至第二燃料电池部分140b和160b的阴极集电器(并在该示例性实施方案中与其接触)。由于第一和第二燃料电池部分140a和140b是电隔离的且第一和第二燃料电池部分160a和160b是电隔离的，所以第一和第二燃料电池连接器145a和145b是电隔离的，使得跨越管(基底110)的宽度W没有连续的电通路。

在该示例性实施方案中，第三燃料电池连接器155a电连接至第一燃料电池部分150a和170a的阴极集电器(并在该示例性实施方案中与其接触)，且第四燃料电池连接器155b电连接至第二燃料电池部分150b和170b的阴极集电器(并在该示例性实施方案中与其接触)。由于第一和第二燃料电池部分150a和150b是电隔离的且第一和第二燃料电池部分170a和170b是电隔离的，所以第三和第四燃料电池连接器155a和155b是电隔离的，使得跨越管(基底110)的宽度W没有连续的电通路。

图5–图7示出燃料电池堆10的六个燃料电池管100、200、300、400、500和600。尽管燃料电池堆10可以包括任何适当量的彼此串联地电连接的燃料电池管，此处为了清楚和简洁仅显示了六个。在该示例性实施方案中，燃料电池管200、300、400、500和600与燃料电池管100相同，因此不分别描述(尽管在其他实施方案中燃料电池管可以彼此不同)。燃料电池管200、300、400、500和600的元件编号方案对应于用于描述燃料电池管100的元件编号方案，使得相似的元件编号对应于相似的组件。

第一燃料电池管100电连接至第二燃料电池管200是经由：(1)第一管互连件12a，其将第一燃料电池管100的第三燃料电池连接器155a电连接至第二燃料电池管200的第三燃料电池连接器255a；和(2)第二管互连件12b，其将第一燃料电池管100的第四燃料电池连接器155b电连接至第二燃料电池管200的第四燃料电池连接器255b。通常，燃料电池管沿着燃料流过管的方向串联连接。

第二燃料电池管200电连接至第三燃料电池管300是经由：(1)第三管互连件23a，其将第二燃料电池管200的第一燃料电池连接器245a电连接至第三燃料电池管300的第一燃料电池连接器345a；和(2)第四管互连件23b，其将第二燃料电池管200的第二燃料电池连接器245b电连接至第三燃料电池管300的第二燃料电池连接器345b。

第三燃料电池管300电连接至第四燃料电池管400是经由：(1)第五管互连件34a，其将第三燃料电池管300的第三燃料电池连接器355a电连接至第四燃料电池管400的第三燃料电池连接器455a；和(2)第六管互连件34b，其将第三燃料电池管300的第四燃料电池连接器355b电连接至第四燃料电池管400的第四燃料电池连接器455b。

第四燃料电池管400电连接至第五燃料电池管500是经由：(1)第七管互连件45a，其将第四燃料电池管400的第一燃料电池连接器445a电连接至第五燃料电池管500的第一燃料电池连接器545a；和(2)第八管互连件45b，其将第四燃料电池管400的第二燃料电池连接器445b电连接至第五燃料电池管500的第二燃料电池连接器545b。

第五燃料电池管500电连接至第六燃料电池管600是经由：(1)第九管互连件56a，其将第五燃料电池管500的第三燃料电池连接器555a电连接至第六燃料电池管600的第三燃料电池连接器655a；和(2)第十管互连件56b，其将第五燃料电池管500的第四燃料电池连接器555b电连接至第六燃料电池管600的第四燃料电池连接器655b。

尽管此处没有示出，但第一燃料电池管100可以经由图5和图7示出但未标记的管互连件电连接至燃料电池堆10的另一个燃料电池管或者至另一个燃料电池堆。类似地，第六燃料电池管600可以经由图5和图7示出但未标记的管互连件电连接至燃料电池堆10的另一个燃料电池管或者至另一个燃料电池堆。

在操作中，随着氧化剂流过燃料电池管的燃料电池的阴极和随着燃料流经燃料电池管的基底的燃料导管，在阴极和阳极处发生的电化学反应在阳极处产生自由电子。在特定的燃料电池管内，那些自由电子作为电流以特定的方向从一个燃料电池流向下一个(经由阳极集电器、主互连件和阴极集电器)。一旦电流到达燃料电池管的最后的燃料电池(此处为横向分段的燃料电池)，电流就经由燃料电池连接器和管互连件流向下一个燃料电池管，以此类推，直至到达电负载。

例如，如图5所示，在该示例性实施方案中，电流I如下流动：(1)在燃料电池管100内从横向分段的燃料电池140和160经过燃料电池130并流向横向分段的燃料电池150和170；(2)从燃料电池管100的横向分段的燃料电池150和170经由燃料电池连接器155a、155b、255a和255b以及管互连件12a和12b流向燃料电池管200的横向分段的燃料电池250和270；(3)在燃料电池管200内从横向分段的燃料电池250和270经过燃料电池230并流向横向分段的燃料电池240和260；(4)从燃料电池管200的横向分段的燃料电池240和260经由燃料电池连接器245a、245b、345a和345b以及管互连件23a和23b流向燃料电池管300的燃料电池340和360；(5)在燃料电池管300内从横向分段的燃料电池340和360经过燃料电池330并流向横向分段的燃料电池350和370；(6)从燃料电池管300的横向分段的燃料电池350和370经由燃料电池连接器355a、355b、455a和455b以及管互连件34a和34b流向燃料电池管400的横向分段的燃料电池450和470；(7)在燃料电池管400内从电隔离的燃料电池450和470经过燃料电池430并流向横向分段的燃料电池440和460；(8)从燃料电池管400的横向分段的燃料电池440和460经由燃料电池连接器445a、445b、545a和545b以及管互连件45a和45b流向燃料电池管500的横向分段的燃料电池540和560；(9)在燃料电池管500内从横向分段的燃料电池540和560经过燃料电池530并流向横向分段的燃料电池550和570；(10)从燃料电池管500的横向分段的燃料电池550和570经由燃料电池连接器555a、555b、655a和655b以及管互连件56a和56b流向燃料电池管600的横向分段的燃料电池650和670；(11)在燃料电池管600内从横向分段的燃料电池650和670经过燃料电池630并流向横向分段的燃料电池640和660；以及(12)从燃料电池管600的横向分段的燃料电池640和660经由燃料电池连接器645a和645b流向电负载(或流向另一个燃料电池管或燃料电池堆)。

为了使燃料电池堆将电流从一个燃料电池管传导到另一个，管互连件必须为工作状态，即，为电流从一个燃料电池管流动到另一个提供路径。检查给定的管互连件是否为工作状态的一个方式是通过使用欧姆计试图使电流流过管互连件并计算跨越该管互连件的电阻。如果电阻相对较低(例如，可忽略)，则电流能够流过管互连件。但是，如果电阻相对较高(例如，无限大)，则电流不能流过管互连件，且管互连件被损坏并且必须被修复或替换以确保正确的燃料电池堆操作。

由于现有技术的燃料电池管不包括横向分段的燃料电池，所以它们的燃料电池连接器电连接至横向连续的燃料电池。如下文所述，这导致欧姆计在某些情况下当计算跨越特定的管互连件的电阻时产生假阳性读数(false positive readings)。即，在某些情况下，当实际上管互连件被损坏使得电流由其流过时，欧姆计计算了相对较低的跨越给定管互连件的电阻—并因此指示工作的管互连件。

图8A–图8D示出了负欧姆计探针N和正欧姆计探针P，其被定位以试图使电流I流过电连接现有技术的燃料电池管1100和1200的管互连件1012b。相对的管互连件1012a也电连接现有技术的燃料电池1100和1200。燃料电池管1100和1200的燃料电池连接器(未标记)电连接至横向连续的燃料电池。

在图8A所示的情况下，管互连件1012a和1012b均为工作状态。欧姆计计算出低电阻，因为管互连件1012b为工作状态且电流I可以经过管互连件1012b从负探针N流向正探针P。

在图8B所示的情况下，管互连件1012a为工作状态，而管互连件1012b被损坏使得电流不能通过其流动。但是，欧姆计没有计算出对应于电流不能流过管互连件1012b的高电阻，而是计算出低电阻，因为电流从负探针N通过燃料电池管1100的横向连续的燃料电池，通过管互连件1012a，并通过燃料电池管1200的横向连续的燃料电池流向正探针P。换句话说，横向连续的燃料电池电流I从负探针N流向正探针P提供了低电阻通路，因此电流这样做并使得欧姆计计算出不能反映管互连件1012b的损坏状态的低电阻。

在图8C所示的情况下，管互连件1012a被损坏，使得电流不能通过其流动，而管互连件1012b为工作状态。欧姆计计算出低电阻，因为管互连件1012b为工作状态且电流I可以通过管互连件1012b从负探针N流向正探针P。

在图8D所示的情况下，管互连件1012a和1012b被损坏，使得电流不能通过其流动。欧姆计计算出高电阻，因为电流不能通过管互连件1012a或1012b中的任一个从负探针N流向正探针P。

本公开的具有横向分段的燃料电池的燃料电池管解决了该问题。如上文所解释的，本公开的燃料电池管的燃料电池连接器电连接至横向分段的燃料电池，这意味着当在电阻测试中试图使电流流过管互连件时，仅存在一个低电阻的电通路。

图9A–图9D示出了上文所述的欧姆计的负探针N和正探针P，其被定位成试图使电流通过管互连件12b流动。

在图9A所示的情况下，管互连件12a和12b均为工作状态。欧姆计计算出低电阻，因为管互连件12b为工作状态，且电流I可以通过管互连件12b从负探针N流向正探针P。

在图9B所示的情况下，管互连件12a为工作状态，而管互连件12b被损坏，使得电流不能通过其流动。欧姆计计算出高电阻，因为电流不能通过管互连件12b从负探针N流向正探针P。此外，电流不能通过管互连件12a从负探针N流向正探针P，因为由于横向分段的燃料电池，在负探针N和正探针P之间不存在通过管互连件12a的低电阻的电通路。

在图9C所示的情况下，管互连件12a被损坏，使得电流不能通过其流动，而管互连件12b为工作状态。欧姆计计算出低电阻，因为管互连件12b为工作状态，且电流I可以通过管互连件12b从负探针N流向正探针P。

在图9D所示的情况下，管互连件12a和12b被损坏，使得电流不能通过其流动。欧姆计计算出高电阻，因为电流不能通过管互连件12a或12b中的任一个从负探针N流向正探针P。

另一个益处是，横向分段的燃料电池的使用对给定燃料电池管的性能的影响可以忽略，因为在燃料电池部分之间的间隔处的电流密度低，这是因为电流集中在燃料电池连接器处(电流通过其流向下一个燃料电池管)。

图10A和图10B是显示燃料电池管2100沿管的长度的侧视图的示意图。图10A示出了燃料电池管的阳极侧的示意图，包括位于横向分段的模拟电池部分2180b处的管互连件连接区域。横向分段的模拟电池部分2180b包括阴极集电器2130e和阴极2130d。横向分段的模拟电池部分2180b经由主互连件区域2111内的主互连件电连接至横向分段的燃料电池部分2181b，该主互连件区域2111可以覆盖致密的阻挡层2120c。致密的阻挡层2120c可以由氧化钇稳定化的氧化锆(优选3YSZ)形成。致密的阻挡层2120c也可以由8YSZ或ScSz形成，并且可以具有另外的杂质，其复合以降低其离子导电性。致密的阻挡层2120c还可以由不具有导电性的非氧化锆陶瓷形成。横向节段延伸到与模拟电池2180连接的主互连件区域2111中并且延伸到燃料电池2181中，以允许操作中的燃料电池的电隔离。

横向分段的燃料电池部分2181b包括阴极集电器2130e、阴极2130d、电解质2130c、阳极2130b和阳极集电器2130a。阳极2130b被布置在阳极集电器2130a和电解质2130c之间。电解质2130c被布置在阳极2130b和阴极2130d之间。阴极2130d被布置在电解质2130c和阴极集电器2130e之间。阳极集电器2130a电连接至阳极2130b，且阴极集电器2130e电连接至阴极2130d。阳极集电器2130a和阴极集电器2130e为电子的迁移提供的导电通路比单独的阳极和阴极可能提供的导电通路高。横向分段的燃料电池部分2181b通过主互连件区域2111内的主互连件电连接至燃料电池2130，该主互连件区域2111可以覆盖致密的阻挡层2120c。致密的阻挡层2120c可以由氧化钇稳定化的氧化锆(优选3YSZ)形成。致密的阻挡层2120c也可以由8YSZ或ScSz形成，并且可以具有另外的杂质，其复合以降低其离子导电性。致密的阻挡层2120c还可以由不具有导电性的非氧化锆陶瓷形成。

燃料电池2130可以通过主互连件区域2111内的主互连件进一步电连接至其他燃料电池2130。多孔阳极阻挡层2120a可以被印刷到管2100的上主表面2110a(未示出)上并被横向分段的模拟电池部分2180b、横向分段的燃料电池部分2181b、燃料电池2130、主互连件区域2111和任选的致密的阻挡层2120c覆盖。燃料经过多孔阳极阻挡层2120a到达活泼的电池。

在燃料电池2130和横向分段的燃料电池部分2181b中，阳极2130b被布置在阳极集电器2130a和电解质2130c之间。电解质2130c被布置在阳极2130b和阴极2130d之间。阴极2130d被布置在电解质2130c和阴极集电器2130e之间。阳极集电器2130a电连接至阳极2130b，且阴极集电器2130e电连接至阴极2130d。阳极集电器2130a和阴极集电器2130e为电子的迁移提供的导电通路比单独的阳极和阴极可能提供的更高。

图10B示出了燃料电池管2100的阴极侧的示意图，包括位于横向分段的燃料电池部分2190b处的管互连件连接区域。横向分段的燃料电池部分2190b包括阴极集电器2130e、阴极2130d、电解质2130c、阳极2130b和阳极集电器2130a，其中阴极集电器2130e、阴极2130d和电解质2130c延伸经过阳极2130b和阳极集电器2130a进入管互连件连接区域。阳极2130b被布置在阳极集电器2130a和电解质2130c之间。电解质2130c被布置在阳极2130b和阴极2130d之间。阴极2130d被布置在电解质2130c和阴极集电器2130e之间。阳极集电器2130a电连接至阳极2130b，且阴极集电器2130e电连接至阴极2130d。阳极集电器2130a和阴极集电器2130e为电子的迁移提供的导电通路比单独的阳极和阴极可能提供的更高。横向分段的燃料电池部分2190b可以经由主互连件区域2111内的主互连件进一步电连接至燃料电池2130，该主互连件区域2111可以覆盖致密的阻挡层2120c。致密的阻挡层2120c可以由氧化钇稳定化的氧化锆(优选3YSZ)形成。致密的阻挡层2120c也可以由8YSZ或ScSz形成，并且可以具有另外的杂质，其复合以降低其离子导电性。

燃料电池2130可以通过主互连件区域2111内的主互连件进一步电连接至其他燃料电池2130，该主互连件区域2111可以覆盖致密的阻挡层2120c。多孔阳极阻挡层2120a被印刷到管2100的上主表面2110a(未示出)上并被横向分段的燃料电池部分2190b、燃料电池2130、主互连件区域2111和任选的致密的阻挡层2120c覆盖。燃料经过多孔阳极阻挡层2120a到达活泼的电池。

在该示例性实施方案中，阳极集电器2130a是由镍金属陶瓷形成的电极导电层。适当的材料的实例包括Ni–YSZ(氧化锆中的氧化钇掺杂为3–8mol％)；Ni–ScSZ(氧化钪掺杂为4–10mol％，优选地第二掺杂用于10mol％氧化钪-ZrO₂的相稳定)；Ni-掺杂的二氧化铈(例如Gd或Sm掺杂)；Ni和掺杂的铬酸镧的金属陶瓷(例如A位点上的Ca掺杂和B位点上的Zn掺杂)；Ni和掺杂的钛酸锶的金属陶瓷(例如A位点上的La掺杂和B位点上的Mn掺杂)和/或La_{1- x}Sr_xMn_yCr_1-yO₃。在其他实施方案中，阳极集电器可以由金属陶瓷形成，该金属陶瓷在保持Ni含量之外还至少部分地基于一种或多种贵金属和/或一种或多种贵金属合金。金属陶瓷中的贵金属可以包括例如Pt、Pd、Au、Ag和/或其合金。陶瓷相可以包括例如不活泼的非导电相，包括例如YSZ、ScSZ和/或一个或多个其他不活泼的相，例如具有期望的热膨胀系数(CTE)以控制该层的CTE，以匹配基底基底2110和电解质2130c的CTE。在一些实施方案中，陶瓷相可以包括Al₂O₃和/或尖晶石例如NiAl₂O₄、MgAl₂O₄、MgCr₂O₄或NiCr₂O₄。在其他实施方案中，陶瓷相可以是导电的，例如掺杂的铬酸镧、掺杂的钛酸锶和/或一种或多种形式的LaSrMnCrO。阳极集电器2130a材料的一个具体实例是NiO-NiAl₂O₄-8YSZ。

在该示例性实施方案中，阳极2130b由xNiO-(100-x)YSZ(x为55至75重量比)、yNiO-(100-y)ScSZ(y为55至75重量比)、NiO-氧化钆稳定化的二氧化铈(例如55wt％NiO-45wt％GDC)和/或NiO氧化钐稳定化的二氧化铈形成。在其他实施方案中，阳极2130b可以由掺杂的钛酸锶、La_1-xSr_xMn_yCr_1-yO₃(例如La_0.75Sr_0.25Mn_0.5Cr_0.5O₃)和/或其他基于陶瓷的阳极材料形成。

在该示例性实施方案中，电解质2130c由陶瓷材料形成。在一些实施方案中，电解质2130c由质子和/或阳离子传导陶瓷形成。在其他实施方案中，电解质2130c由YSZ例如3YSZ和/或8YSZ形成。在其他实施方案中，除了YSZ之外或者代替YSZ，电解质2130c由ScSZ例如4ScSZ、6ScSz和/或10ScSZ形成。在其他实施方案中，电解质2130c可以由掺杂的二氧化铈和/或掺杂的镓酸镧形成。电解质2130c基本上不允许通过或经过燃料电池管2100流动的氧化剂(例如空气或O₂)和燃料(例如H₂)扩散通过其中，但能够允许氧离子和/或质子的扩散，这取决于特定的实施方案及其应用。

在该示例性实施方案中，阴极2130d由电化学催化陶瓷和离子相的混合物形成。电化学催化相由LSM(La_1-xSr_xMnO₃，x＝0.1至0.3)、La_1-xSr_xFeO₃(例如x＝0.3)、La_1-xSr_xCo_yFe_{1- y}O₃(例如La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃)和/或Pr_1-xSr_xMnO₃(例如Pr_0.8Sr_0.2MnO₃)中的至少一种组成，尽管可以采用其他材料。例如，在一些实施方案中，阴极2130d由Ruddlesden-Popper镍酸盐和La_1-xCa_xMnO₃(例如La_0.8Ca_0.2MnO₃)材料形成。离子相可以是YSZ，其含有3–8mole％的氧化钇；或ScSZ，其含有4–10mole％氧化钪和对于高氧化钪稳定化的氧化锆(8–10ScSZ)任选的低含量(约1mole％)的Al、Y或二氧化铈的第二掺杂剂，以防止形成菱面体相。电化学催化陶瓷相可以占阴极体积的40–60％。

在该示例性实施方案中，阴极集电器2130e是由导电陶瓷形成的电极导电层并且在很多情况下在其化学方面类似于阴极的电化学催化陶瓷相。例如，LSM+YSZ阴极通常将采用LSM(La_1-xSr_xMnO₃，x＝0.1至0.3)阴极集电器。阴极集电器2130e的其他实施方案可以包括LaNi_xFe_1-xO₃(例如LaNi_0.6Fe_0.4O₃)、La_1-xSr_xMnO₃(例如La_0.75Sr_0.25MnO₃)、掺杂的铬酸镧(例如La_1-xCa_xCrO_3-δ，x＝0.15-0.3)和/或Pr_1-xSr_xCoO₃例如Pr_0.8Sr_0.2CoO₃中的至少一种。在其他实施方案中，阴极集电器2130e可以由贵金属金属陶瓷形成。贵金属金属陶瓷中的贵金属可以包括例如Pt、Pd、Au、Ag和/或其合金。还可以包括非导电陶瓷相，例如，YSZ、ScSZ和Al₂O₃，或其他陶瓷材料。阴极集电器2130e材料的一个具体实例是(La_0.8Sr_0.2)_0.95MnO_x。

在该示例性实施方案中，燃料电池2130、横向分段的模拟电池2180和2185以及横向分段的燃料电池2181、2186、2190和2195是通过以下形成的：通过例如丝网印刷和/或喷墨印刷，将膜/层沉积在基底2110的上和下主表面2110a和2110b上，以形成多孔阳极阻挡层、主互连件、阳极集电器和阳极、电解质、阴极和阴极集电器。在其他实施方案中，除了丝网印刷和/或喷墨印刷之外或者代替丝网印刷和/或喷墨印刷，可以通过一种或多种其他技术来沉积膜/层。在各种实施方案中，在沉积一个或多个膜/层之后进行一个或多个烧制/烧结循环。其他实施方案对于一个或多个膜/层沉积可以不需要任何烧制/烧结。

图11A和图11B是显示燃料电池管2100的俯视图的示意图。图11A示出燃料电池管的阳极侧的示意图，包括位于横向分段的模拟电池部分2180a和2180b处的管互连件连接区域。横向分段的模拟电池部分2180a和2180b分别经由横向分隔的主互连件区域2111内的主互连件电连接至横向分段的燃料电池部分2181a和2181b。横向分段的模拟电池部分和横向分段的燃料电池部分之间的主互连件区域2111是横向分开的。横向节段延伸到与模拟电池2180连接的主互连件区域2111中并且延伸到燃料电池2181中，以允许操作中的燃料电池的电隔离。横向分段的燃料电池部分2181a和2181b经由主互连件区域2111内的主互连件电连接至燃料电池2130。燃料电池2130可以经由主互连件区域2111内的主互连件进一步电连接至燃料电池2130。

图11B示出了燃料电池管的阴极侧的示意图，包括位于横向分段的燃料电池部分2190a和2190b处的管互连件连接区域。横向分段的燃料电池部分2190a和2190b经由主互连件区域2111内的主互连件电连接至燃料电池2130。燃料电池2130可以经由主互连件区域2111内的主互连件进一步电连接至燃料电池2130(未示出)。

在燃料电池管的阳极侧上添加与横向分段的模拟电池2180连接的横向分段的燃料电池2181允许检查已***作且具有处于Ni-金属陶瓷高度导电状态的还原的阳极的电池的侧-至-侧和管-至-管连接。当电池被烧制且存在破裂的管互连件时，这些添加防止错误的读数。

图11C和图11D是显示燃料电池管2100的仰视图的示意图。图11C示出燃料电池管的阳极侧的示意图，包括位于横向分段的模拟电池部分2185a和2185b处的管互连件连接区域。横向分段的模拟电池部分2185a和2185b分别经由主互连件区域2111内的主互连件电连接至横向分段的燃料电池部分2186a和2186b。横向分段的模拟电池部分和横向分段的燃料电池部分之间的主互连件区域2111是横向分开的。横向节段延伸到与模拟电池2185连接的主互连件区域2111中并且延伸到燃料电池2186中，以允许操作中的燃料电池的电隔离。横向分段的燃料电池部分2186a和2186b经由主互连件区域2111内的主互连件电连接至燃料电池2130。燃料电池2130可以经由主互连件区域2111内的主互连件进一步电连接至燃料电池2130。

图11D示出了燃料电池管2100的阴极侧的示意图，包括位于横向分段的燃料电池部分2195a和2195b处的管互连件连接区域。横向分段的燃料电池部分2195a和2195b经由主互连件区域2111内的主互连件电连接至燃料电池2130。燃料电池2130可以经由主互连件区域2111内的主互连件进一步电连接至燃料电池2130(未示出)。

在燃料电池管的阳极侧上添加与横向分段的模拟电池2185连接的横向分段的燃料电池2186允许检查已***作且具有处于Ni-金属陶瓷高度导电状态的还原的阳极的电池的侧-至-侧和管-至-管连接。当电池被烧制且存在破裂的管互连件时，这些添加防止错误的读数。

图10-图14阐述了本公开的燃料电池管2100及其组件的一个示例性实施方案。燃料电池管2100包括多孔基底2110，其具有宽度W、长度L、厚度T、大体上平的上主表面2110a和大体上平的下主表面2110b。燃料电池管2100可流体连接至歧管(未示出)，该歧管可流体连接至燃料源，从而燃料可以从燃料源流动通过歧管并进入和通过燃料导管2110c。在该示例性实施方案中，基底2110由MgO—MgAl₂O₄(MMA)形成，尽管在其他实施方案中，除了MMA之外或者代替MMA，基底2110可以由任何适当的材料(例如掺杂的氧化锆和/或镁橄榄石)形成。图12中未示出玻璃边缘密封，这是为了使其下面的组件的结构清楚。在图13中，电解质2130c、第一和第二多孔阳极阻挡层2120a和2120b以及基底2110用虚线表示，因为它们在玻璃边缘密封2146的后面。

第一和第二多孔阳极阻挡层2120a和2120b被分别布置在基底2110的上和下主表面2110a和2110b上。第一和第二多孔阳极阻挡层2120a和2120b被配置为防止燃料电池(下文描述)的阳极和基底2110之间的反应，且不被配置为在给定的燃料电池内或在两个燃料电池之间提供导电性。此外，第一和第二多孔阳极阻挡层2120a和2120b不被配置为参与由燃料产生电能的电化学反应。在该示例性实施方案中，第一和第二多孔阳极阻挡层2120a和2120b由惰性多孔陶瓷材料例如3YSZ或另一种适当的掺杂的氧化锆形成，尽管在其他实施方案中，除了掺杂的氧化锆或者代替掺杂的氧化锆，第一和第二多孔阳极阻挡层2120a和2120b可以由任何适当的材料例如SrZrO₃形成。在其他实施方案中，燃料电池管2100不包括第一和第二多孔阳极阻挡层2120a和2120b。

多个燃料电池2130、横向分段的模拟电池2180以及横向分段的燃料电池2181和2190被布置在第一多孔阳极阻挡层2120a上。每个燃料电池2130、横向分段的模拟电池2180以及横向分段的燃料电池2181和2190大体上以基底2110的宽度W方向横向延伸，且在相对的第一和第二横向末端(未标记)中终止。燃料电池2130被定位在横向分段的燃料电池2181和2190之间，该横向分段的燃料电池2181和2190大体上以基底2110的长度L方向定位在最接近第一多孔阳极阻挡层2120a的相对的末端。第一多孔阳极阻挡层2120a上的燃料电池2130、横向分段的模拟电池2180以及横向分段的燃料电池2181和2190经由主互连件区域2111内的主互连件串联地电连接。

如图11A和图12最好地显示的，横向分段的模拟电池2180包括第一和第二模拟电池部分2180a和2180b。第一和第二模拟电池部分2180a和2180b分别经由主互连件区域2111内的主互连件电连接至第一和第二燃料电池部分2181a和2181b。第一和第二模拟电池部分2180a和2180b在基底2110的宽度W方向上横向分开，使得第一和第二模拟电池部分是电隔离的。模拟电池部分2180a和2180b在基底2110的宽度W方向上以1.5mm的间隔分开，使得在它们之间不存在连续的直接电通路。模拟电池部分2180a和2180b所连接的主互连件区域2111也在基底2110的宽度W方向上以1.5mm的间隔分开。如图14A所示，第一和第二模拟电池部分2180a和2180b之间的间隔包括被电解质2130c覆盖的致密的阻挡层2120c。

如图11A和图12最好地显示的，内部横向分段的燃料电池2181包括第一和第二燃料电池部分2181a和2181b。第一和第二燃料电池部分2181a和2181b经由主互连件区域2111内的主互连件电连接至燃料电池2130。第一和第二燃料电池部分2181a和2181b在基底2110的宽度W方向上横向分开，使得第一和第二燃料电池部分是电隔离的。燃料电池部分2181a和2181b在基底2110的宽度W方向上以1.5mm的间隔分开，使得在它们之间不存在连续的直接电通路。

如图11B和图12最好地显示的，横向分段的燃料电池2190包括第一和第二燃料电池部分2190a和2190b。第一和第二燃料电池部分2190a和2190b经由主互连件区域2111内的主互连件电连接至燃料电池2130。第一和第二燃料电池部分2190a和2190b在基底2110的宽度W方向上横向分开，使得第一和第二燃料电池部分是电隔离的。燃料电池部分2190a和2190b在基底2110的宽度W方向上以1.5mm的间隔分开，使得在它们之间不存在连续的直接电通路。如图14B所示，燃料电池部分2190a和2190b之间的间隔包括被电解质2130c覆盖的致密的阻挡层2120c。

多个燃料电池2130、横向分段的模拟电池2185以及横向分段的燃料电池2186和2195被布置在第二多孔阳极阻挡层2120b上。每个燃料电池2130、横向分段的模拟电池2185以及横向分段的燃料电池2186和2195大体上以基底2110的宽度W方向横向延伸。燃料电池2130被定位在横向分段的燃料电池2186和2195之间，该横向分段的燃料电池2186和2195大体上以基底2110的长度L方向定位在最接近第二多孔阳极阻挡层2120b的相对的末端。第二多孔阳极阻挡层2120b上的燃料电池2130、横向分段的模拟电池2185以及横向分段的燃料电池2186和2195经由主互连件区域2111内的主互连件串联地电连接。

如图11C和图14A最好地显示的，横向分段的模拟电池2185包括第一和第二模拟电池部分2185a和2185b。第一和第二模拟电池部分2185a和2185b分别经由主互连件区域2111内的主互连件电连接至第一和第二燃料电池部分2186a和2186b。第一和第二模拟电池部分2185a和2185b在基底2110的宽度W方向上横向分开，使得第一和第二模拟电池部分2185a和2185b是电隔离的。第一和第二模拟电池部分2185a和2185b在基底2110的宽度W方向上以1.5mm的间隔分开，使得它们之间不存在连续的直接电通路。模拟电池部分2185a和2185b所连接的主互连件区域2111也在基底2110的宽度W方向上以1.5mm的间隔分开。如图14A所示，模拟电池部分2185a和2185b之间的间隔包括被电解质2130c覆盖的致密的阻挡层2120c。

如图11C最好地显示的，内部横向分段的燃料电池2186包括第一和第二燃料电池部分2186a和2186b。第一和第二燃料电池部分2186a和2186b经由主互连件区域2111内的主互连件电连接至燃料电池2130。第一和第二燃料电池部分2186a和2186b在基底2110的宽度W方向上横向分开，使得第一和第二燃料电池部分2186a和2186b是电隔离的。第一和第二燃料电池部分2186a和2186b在基底2110的宽度W方向上以1.5mm的间隔分开，使得它们之间不存在连续的直接电通路

如图11D和图14B最好地显示的，横向分段的燃料电池2195包括第一和第二燃料电池部分2195a和2195b。第一和第二燃料电池部分2195a和2195b经由主互连件区域2111内的主互连件电连接至燃料电池2130。第一和第二燃料电池部分2195a和2195b在基底2110的宽度W方向上横向分开，使得第一和第二燃料电池部分2195a和2195b是电隔离的。第一和第二燃料电池部分2195a和2195b在基底2110的宽度W方向上以1.5mm的间隔分开，使得它们之间不存在连续的直接电通路。如图14B所示，燃料电池部分2195a和2195b之间的间隔包括被电解质2130c覆盖的致密的阻挡层2120c。

如图14A所示，第一燃料电池连接器2145a电连接至横向分段的模拟电池2180的第一模拟电池部分2180a和横向分段的模拟电池2185的第一模拟电池部分2185a(并将其电连接)。如图13和图14A所示，第二燃料电池连接器2145b电连接至横向分段的模拟电池2180的第二模拟电池部分2180b和横向分段的模拟电池2185的第二模拟电池部分2185b(并将其电连接)。

在该示例性实施方案中，第一燃料电池连接器2145a电连接至第一模拟电池部分2180a和2185a的阴极集电器(并在该示例性实施方案中与其接触)，且第二燃料电池连接器2145b电连接至第二模拟电池部分2180b和2185b的阴极集电器(并在该示例性实施方案中与其接触)。由于第一和第二模拟电池部分2180a和2180b是电隔离的，且第一和第二模拟电池部分2185a和2185b是电隔离的，所以第一和第二燃料电池连接器2145a和2145b是电隔离的，使得跨越基底2110的宽度W没有连续的电通路。玻璃边缘密封2146填充燃料电池连接器2145a与燃料电池管2100的其余部分之间的空隙。该玻璃边缘密封2146向下延伸穿过燃料电池管2100的整个长度并防止燃料逸出燃料电池结构，分离空气和燃料。玻璃边缘密封2146还填充燃料电池连接器2145b与燃料电池管2100的其余部分之间的空隙。该玻璃边缘密封2146向下延伸穿过燃料电池管2100的整个长度并防止燃料逸出燃料电池结构，分离空气和燃料。

如图14B所示，第三燃料电池连接器2155a电连接至横向分段的燃料电池2190的第一燃料电池部分2190a和横向分段的燃料电池2195的第一燃料电池部分2195a(并将其电连接)。如图13和图14B所示，第四燃料电池连接器2155b电连接至横向分段的燃料电池2190的第二燃料电池部分2190b和横向分段的燃料电池2195的第二燃料电池部分2195b(并将其电连接)。

在该示例性实施方案中，第三燃料电池连接器2155a电连接至第一燃料电池部分2190a和2195a的阴极集电器(并在该示例性实施方案中与其接触)，且第四燃料电池连接器2155b电连接至第二燃料电池部分2190b和2195b的阴极集电器(并在该示例性实施方案中与其接触)。由于第一和第二燃料电池部分2190a和2190b是电隔离的且第一和第二燃料电池部分2195a和2195b是电隔离的，所以第三和第四燃料电池连接器2155a和2155b是电隔离的，使得跨越基底2110的宽度W没有连续的电通路。玻璃边缘密封2146填充燃料电池连接器2155a与燃料电池管2100的其余部分之间的空隙。该玻璃边缘密封2146向下延伸穿过燃料电池管2100的整个长度并防止燃料逸出燃料电池结构，分离空气和燃料。玻璃边缘密封2146还填充燃料电池连接器2155b与燃料电池管2100的其余部分之间的空隙。该玻璃边缘密封2146向下延伸穿过燃料电池管2100的整个长度并防止燃料逸出燃料电池结构，分离空气和燃料。

图15A和图15B显示了燃料电池堆20的三个燃料电池管2100、2200和2300。尽管燃料电池堆20可以包括适当量的彼此串联地电连接的燃料电池管，此处为了清楚和简洁仅显示了三个。在该示例性实施方案中，燃料电池管2200和2300与燃料电池管2100相同，因此不分别描述(尽管在其他实施方案至燃料电池管可以彼此不同)。燃料电池管2200和2300的元件编号方案对应于用于描述燃料电池管2100的元件编号方案，使得相似的元件编号对应于相似的组件。

如图15A所示，第一燃料电池管2100电连接至第二燃料电池管2200是经由：(1)第一管互连件2122a，其将第一燃料电池管2100的燃料电池连接器2145a电连接至第二燃料电池管2200的燃料电池连接器2255b；和(2)第二管互连件2122b，其将第一燃料电池管2100的燃料电池连接器2145b电连接至第二燃料电池管2200的燃料电池连接器2255a。第一管互连件2122a将第一燃料电池管的横向分段的模拟电池部分2180a和2185a电连接至第二燃料电池管的横向分段的燃料电池部分2290b和2295b。第二管互连件2122b将横向分段的模拟电池部分2180b和2185b电连接至横向分段的燃料电池部分2290a和2295a。通常，燃料电池管沿着燃料流过管的方向串联连接。

如图15B所示，第二燃料电池管2200电连接至第三燃料电池管2300是经由(1)第三管互连件2223a，其将第二燃料电池管2200的燃料电池连接器2245a电连接至第三燃料电池管2300的燃料电池连接器2355b；和(2)第四管互连件2223b，其将第二燃料电池管2200的燃料电池连接器2245b电连接至第三燃料电池管2300的燃料电池连接器2355a。第三管互连件2223a将第二燃料电池管的横向分段的模拟电池部分2280a和2285a电连接至第三燃料电池管的横向分段的燃料电池部分2390b和2395b。第四管互连件2223b将第二燃料电池管的横向分段的模拟电池部分2280b和2285b电连接至第三燃料电池管的横向分段的燃料电池部分2390a和2395a。

仅为了示例性的目的，将各种实施方案中所示的管互连件(例如图15A中的2122a和2122b)描述为线。本公开适合于用于管(二次)互连的其他设计，例如以下共同未决的申请中公开的设计：2017年11月17日递交的题为“Improved Fuel Cell SecondaryInterconnect”的美国专利申请号15/816,918；2017年11月17日递交的题为“ImprovedFuel Cell Secondary Interconnect”的美国专利申请号15/816,931；和2017年11月17日递交的题为“Multiple Fuel Cell Secondary Interconnect Bonding Pads And Wires”的美国专利申请号15/816,948。

对本文描述的实施方案的各种修改对于本领域技术人员而言是显而易见的。可以进行这些修改而不偏离本公开的精神和范围且不减损其期望的优点。可以想见，这些变化和修改被覆盖在随附的权利要求内。