CN102024973A - 固体氧化物燃料电池 - Google Patents

固体氧化物燃料电池 Download PDF

Info

Publication number
CN102024973A
CN102024973A CN2010105461063A CN201010546106A CN102024973A CN 102024973 A CN102024973 A CN 102024973A CN 2010105461063 A CN2010105461063 A CN 2010105461063A CN 201010546106 A CN201010546106 A CN 201010546106A CN 102024973 A CN102024973 A CN 102024973A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
sdc
oxide fuel
solid electrolyte
solid oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2010105461063A
Other languages
English (en)
Inventor
聂在和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Zhenzhong Electric Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Zhenzhong Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Zhenzhong Electric Co Ltd filed Critical Chengdu Zhenzhong Electric Co Ltd
Priority to CN2010105461063A priority Critical patent/CN102024973A/zh
Publication of CN102024973A publication Critical patent/CN102024973A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本发明提供一种结构简单、成本低、热利用率高的固体氧化物燃料电池。电解质材料包括氧离子导体固体电解质和质子导体固体电解质，阳极材料优选金属陶瓷、贵金属材料以及多相复合材料。

Description

固体氧化物燃料电池
技术领域
本发明涉及一种固体氧化物燃料电池，特别是结构简单、成本低、热利用率高的固体氧化物燃料电池。
背景技术
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将碳氢化合物的化学能通过电化学反应直接转化成电能的最有效的装置，近年来其在清洁、高效和分布式发电领域中越来越受到人们的重视。现有技术至少存在以下问题：结构复杂、成本高。对于小型或者微型SOFC来说，其热量不足以和热机循环系统联动，余热、废热利用率低。
发明内容
为了解决上述弊端，本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、热利用率高的固体氧化物燃料电池。一种固体氧化物燃料电池，其特征在：包括电解质、阴极、阳极，所述电解质的材料为氧离子导体固体电解质或质子导体固体电解质，所述氧离子导体固体电解质包括氧化钇稳定的氧化锆YSZ、氧化钪稳定的氧化锆SSZ、镓掺杂氧化铈GDC、钐掺杂氧化铈SDC、锶镁掺杂的镓酸镧LSGM中的至少一种。
所述的固体氧化物燃料电池其特征在所述质子导体固体电解质包括以下材料中的至少一种：镱掺杂的铈酸锶SCY、钇掺杂的铈酸钡BCY。
所述的固体氧化物燃料电池，其特征在所述阳极的材料包括以下至少一种材料：Ni-YSZ金属陶瓷、Ni-GDC金属陶瓷、Ni-SDC金属陶瓷、Pd、Ru、Pt、Ru-CeO2+Ni-SDC、Pd-CeO2+Ni-GDC、Ni-LSCM，所述LSCM为(La0.75Sr0.25)0.9Cr0.5Mn0.5O3。
所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述阴极的材料包括以下至少一种材料：LSM、LSCF、BSCF、SSC、LSM-MnO2、Pd、Pt、Au、LSM-YSZ、LSCF-SDC、BSCF-SD。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，固体氧化物燃料电池由三部分组成，阴极、阳极和电解质。其中在提供其发电功能的同时，还需要提供足够的机械强度来支撑运行，定义这一组元材料为支撑层。根据支撑层的不同，有三种结构形式，分别是阳极支撑、电解质支撑和阴极支撑。阴极和阳极同时在一个气室里，暴露在同样的燃料和空气混合气上。有望同时满足缩小燃料电池系统和降低系统运行温度两个要求，结构简单。不需要区分燃料和氧化剂，减少了电池堆的组件，容易实现封接；气室的混合气中，同时存在燃料部分氧化放热反应，这些热量可以实现电池的自持运行；放出的热量还使得电池的实际运行温度远远高于设定的温度，提高了电解质的离子导电性和电极的催化活性；对电解质致密度要求降低，使得材料制备成本降低；材料机械承受力和热耐受性能更强。有两种主要的结构形式，分别是阴极和阳极在电解质的两侧和阴极和阳极在电解质的同侧表面迁移电池。
又可以根据支撑层的不同具体分为五种形式，分别是阳极支撑、电解质支撑、阴极支撑、多孔基体支撑和连接体支撑。对电解质的厚度要求不是很严格，而是两个电极之间的距离很重要，随着两电极的间隙减小，电池功率密度提高，这说明在这种几何构型中，不使用薄膜电解质，也可以减小电池的欧姆阻抗。
本发明中的电解质、阴极和阳极的材料可以为：
电解质材料可以是氧离子导体固体电解质材料，也可以是质子导体固体电解质材料，其中，氧离子导体固体电解质材料可以优选：氧化锆固体电解质，尤其是氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)和氧化钪稳定的氧化锆(SSZ)；
氧化铈固体电解质，尤其是镓掺杂氧化铈(GDC)和钐掺杂氧化铈(SDC)；
镓酸镧固体电解质，尤其是锶、镁掺杂的镓酸镧(LSGM)。
质子导体固体电解质材料可以优选：
铈酸锶SrCeO3固体电解质，尤其是镱掺杂的铈酸锶(SCY)；
铈酸钡BaCeO3固体电解质，尤其是钇掺杂的铈酸钡(BCY)；
阳极材料优选金属陶瓷、贵金属材料以及多相复合材料：
金属陶瓷材料优选：Ni-YSZ金属陶瓷、Ni-GDC金属陶瓷、Ni-SDC金属陶瓷；
贵金属材料优选：Pd、Ru、Pt；
多相复合材料优选：Ru-CeO2+Ni-SDC、Pd-CeO2+Ni-GDC及Ni-LSCM(NiO+(La0.75Sr0.25)0.9Cr0.5Mn0.5O3(LSCM)等。
阴极材料优选钙钛矿材料、金属材料以及多相复合材料：
钙钛矿材料优选：La0.8Sr0.2MnO3-δ(LSM)、La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)、Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)、Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)以及LSM-MnO2；
贵金属材料优选：Pd、Pt、Au；
多相复合材料优选：LSM-YSZ、LSCF-SDC、BSCF-SDC。
本发明中、高温工作时可以直接采用碳氢化合物为燃料，通过燃料在阳极的内部重整过程，直接进入参与反应。可以用碳氢化合物燃料和碳氢氧化合物燃料。碳氢化合物类燃料主要呈现气体形式，例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，随着碳链增长，也可以是液体形式，例如异辛烷等。在500℃以上，可以直接采用甲烷类气体，阳极材料可以直接催化甲烷氧化；在500℃以下，例如300℃-400℃，则采用长链(C数目多的)碳氢化合物，这类碳氢燃料在阳极上表现出更好的催化性能；碳氢氧化合物燃料主要呈现液体形式，例如甲醇、乙醇等。液体燃料在阳极表面首先气化成气体，然后在阳极表面催化重整后参加反应。在碳氢(氧)化合物类燃料的SOFC反应中，通常伴随烷烃的部分氧化反应发生，这种反应通常是一个放热反应，这种热量有助于维持正常反应。
本发明不限于上述实施例，在本发明的构思范围内，根据上述说明书的描述，本领域的普通技术人员还可做出一些显而易见的改变，但这些改变均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种固体氧化物燃料电池，其特征在：包括电解质、阴极、阳极，所述电解质的材料为氧离子导体固体电解质或质子导体固体电解质，所述氧离子导体固体电解质包括氧化钇稳定的氧化锆YSZ、氧化钪稳定的氧化锆SSZ、镓掺杂氧化铈GDC、钐掺杂氧化铈SDC、锶镁掺杂的镓酸镧LSGM中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池，其特征在所述质子导体固体电解质包括以下材料中的至少一种：镱掺杂的铈酸锶SCY、钇掺杂的铈酸钡BCY。
3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池，其特征在所述阳极的材料包括以下至少一种材料：Ni-YSZ金属陶瓷、Ni-GDC金属陶瓷、Ni-SDC金属陶瓷、Pd、Ru、Pt、Ru-CeO2+Ni-SDC、Pd-CeO2+Ni-GDC、Ni-LSCM，所述LSCM为(La0.75Sr0.25)0.9Cr0.5Mn0.5O3。
4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述阴极的材料包括以下至少一种材料：LSM、LSCF、BSCF、SSC、LSM-MnO2、Pd、Pt、Au、LSM-YSZ、LSCF-SDC、BSCF-SDC。
CN2010105461063A 2010-11-16 2010-11-16 固体氧化物燃料电池 Pending CN102024973A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010105461063A CN102024973A (zh) 2010-11-16 2010-11-16 固体氧化物燃料电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010105461063A CN102024973A (zh) 2010-11-16 2010-11-16 固体氧化物燃料电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102024973A true CN102024973A (zh) 2011-04-20

Family

ID=43866012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010105461063A Pending CN102024973A (zh) 2010-11-16 2010-11-16 固体氧化物燃料电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102024973A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103567454A (zh) * 2013-10-28 2014-02-12 南昌航空大学 一种利用高速混合-内核爆破制备Ni-BaO-GDC纳米SOFC阳极的方法
WO2017092086A1 (zh) * 2015-12-03 2017-06-08 苏州攀特电陶科技股份有限公司 一种固体氧化物燃料电池电解质膜及其制备方法和固体氧化物燃料电池
CN111725526A (zh) * 2020-06-30 2020-09-29 福州大学 一种原位构筑氧化物阳极的电化学方法
CN112892228A (zh) * 2019-11-19 2021-06-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于制氢的多孔Ni管支撑的Ni-Zr1-xMxO2-x/2膜及其制备方法
CN117954663A (zh) * 2024-03-26 2024-04-30 成都华盛氢能工程技术中心(有限合伙) 一种固体氧化物燃料电池电解质膜及固体氧化物燃料电池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007227306A (ja) * 2006-02-27 2007-09-06 Atsumi Tec:Kk 発電装置
CN101237061A (zh) * 2008-01-25 2008-08-06 浙江大学 一种温差电池和燃料电池的级联复合发电装置
CN101246980A (zh) * 2008-03-26 2008-08-20 中国矿业大学(北京) 固体氧化物燃料电池与热电材料联合发电系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007227306A (ja) * 2006-02-27 2007-09-06 Atsumi Tec:Kk 発電装置
CN101237061A (zh) * 2008-01-25 2008-08-06 浙江大学 一种温差电池和燃料电池的级联复合发电装置
CN101246980A (zh) * 2008-03-26 2008-08-20 中国矿业大学(北京) 固体氧化物燃料电池与热电材料联合发电系统

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103567454A (zh) * 2013-10-28 2014-02-12 南昌航空大学 一种利用高速混合-内核爆破制备Ni-BaO-GDC纳米SOFC阳极的方法
CN103567454B (zh) * 2013-10-28 2015-07-08 南昌航空大学 一种利用高速混合-内核爆破制备Ni-BaO-GDC纳米SOFC阳极的方法
WO2017092086A1 (zh) * 2015-12-03 2017-06-08 苏州攀特电陶科技股份有限公司 一种固体氧化物燃料电池电解质膜及其制备方法和固体氧化物燃料电池
CN112892228A (zh) * 2019-11-19 2021-06-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于制氢的多孔Ni管支撑的Ni-Zr1-xMxO2-x/2膜及其制备方法
CN111725526A (zh) * 2020-06-30 2020-09-29 福州大学 一种原位构筑氧化物阳极的电化学方法
CN117954663A (zh) * 2024-03-26 2024-04-30 成都华盛氢能工程技术中心(有限合伙) 一种固体氧化物燃料电池电解质膜及固体氧化物燃料电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shaikh et al. A review on the selection of anode materials for solid-oxide fuel cells
Ormerod Solid oxide fuel cells
US9118052B2 (en) Integrated natural gas powered SOFC systems
CN101246980B (zh) 固体氧化物燃料电池与热电材料联合发电系统
CN101295791B (zh) 一种中、低温固体氧化物燃料电池三元复合阴极材料
JP2002134121A (ja) 固体電解質型燃料電池
JP2011204416A (ja) 固体酸化物形燃料電池用燃料極材料、それを用いた燃料極、並びに固体酸化物形燃料電池用セル。
Tao et al. A mini-review of carbon-resistant anode materials for solid oxide fuel cells
CN102024973A (zh) 固体氧化物燃料电池
JP2020155349A (ja) 固体酸化物形燃料電池用アノード
Shiratori et al. Performance enhancement of biodiesel fueled SOFC using paper-structured catalyst
Raduwan et al. Challenges in fabricating solid oxide fuel cell stacks for portable applications: A short review
CN102651477A (zh) 一种固体氧化物燃料电池镍基复合阳极材料及其应用
Hamnett Fuel cells and their development
JP2021158026A (ja) 電気化学素子の金属支持体、電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池、および固体酸化物形電解セル
US20120141906A1 (en) Electrode material for fuel cell, fuel cell comprising the same and method of manufacturing the fuel cell
Chuang Catalysis of solid oxide fuel cells
Gupta et al. Solid oxide fuel cell: a review
Liu et al. Status and prospects of intermediate temperature soid oxide fuel cells
TWI763812B (zh) 電化學裝置、能源系統、及固態氧化物型燃料電池
Basu Fuel cell systems
Choolaei et al. Catalytic Aspects of Fuel Cells: Overview and Insights into Solid Oxide Fuel Cells
Rashad et al. Hydrogen in fuel cells: an overview of promotions and demotions
JP2022137626A (ja) 可逆型燃料電池システム及びその運転方法
CN116314941B (zh) 可逆固体氧化物电池系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110420