CN106884182A - 高温固体氧化物电解池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温固体氧化物电解池，包括氢电极、氧电极、电解质和氢电极气室，所述电解质为圆柱形，在电解质顶面和底面中央各设有一个圆形凹槽，所述氧电极设于顶面的圆形凹槽内，氢电极设于底面的圆形凹槽内，所述电解质置于氢电极气室的顶面，在电解质顶面和外周套设有与电解质匹配的陶瓷密封环，陶瓷密封环在与电解质侧面相接处设有一个填料环，所述填料环内注塑有玻璃环，在陶瓷密封环顶面设有数个与填料环连通的注塑孔，所述陶瓷密封环底部与氢电极气室外壁接触。该电解池安装方便、气密性高，能够有效提高高温固体氧化物电解池的可靠性和耐用性。

Description

高温固体氧化物电解池
技术领域
本发明涉及电解制氢领域，具体涉及一种高温固体氧化物电解池。
背景技术
高温固体氧化物电解池电解水蒸汽制氢的效率可以高达45～59％，是目前已知的效率最高的制氢途径。高温水蒸汽电解制氢技术被认为是未来氢能经济时代大规模制氢方法之一，已成为当前国际能源领域的热点课题，固体氧化物电解池包括平板式和管式两种，平板式构型由于具备功率密度高、制作成本低等优点，是目前国际上研究的主流。
但是，平板式SOEC需要在电解池组件的边缘进行气密密封。通常的做法是利用玻璃材料使其高温软化将SOEC密封。然而，固体氧化物电解池的工作温度较高，高温时玻璃材料中游离出的硅原子易附着在阴极上，并使阴极催化性能钝化，从而降低电解池的工作性能。此外，玻璃材料还与电极材料间存在热膨胀系数较难匹配的问题，限制了电解池的热循环，导致整个固体氧化物电解池的气密性和可靠性不高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开一种高温固体氧化物电解池，该电解池安装方便、气密性高，能够有效提高高温固体氧化物电解池的可靠性和耐用性。
本发明通过下述技术方案实现：
高温固体氧化物电解池，包括氢电极、氧电极、电解质和氢电极气室，所述电解质为圆柱形，在电解质顶面和底面中央各设有一个圆形凹槽，所述氧电极设于顶面的圆形凹槽内，氢电极设于底面的圆形凹槽内，所述电解质置于氢电极气室的顶面，在电解质顶面和外周套设有与电解质匹配的陶瓷密封环，陶瓷密封环在与电解质侧面相接处设有一个填料环，所述填料环内注塑有玻璃环，在陶瓷密封环顶面设有数个与填料环连通的注塑孔，所述陶瓷密封环底部与氢电极气室外壁接触。
本发明采用在电解质上设置圆形凹槽并内设氢电极和氧电极，并且将玻璃环设置在圆柱形的电解质侧壁外侧，通过电解质侧壁将玻璃环与氢电极隔离，避免在固体氧化物电解池工作过程中，从玻璃环中游离出的硅原子附着于氢电极，使氢电极钝化，提高固体氧化物电解池的耐用性，本发明中，填料环由陶瓷密封环内腔、电解质外侧壁和氢电极气室侧壁顶面和侧面共同构成，通过陶瓷密封环顶面的注塑孔将液态玻璃注入填料环形成玻璃环，形成的玻璃环能够充分填补电解质、陶瓷密封环和氢电极气室相互间的间隙，具有优异的隔离绝缘效果，大大提高了本发明的气密性和可靠性。
以往的高温固体氧化物电解池的气密密封多采用多个部件相互连接，共同将SOEC进行密封，其密封过程操作繁琐，且容易因为操作不当导致密封的气密性降低，影响高温固体氧化物电解池的气密性和可靠性。
本发明中，固体氧化物电解池的密封主要通过陶瓷密封环和注塑的玻璃环，结构简单，安装十分方便快捷，有效避免由于安装操作不当引起的密封气密性差的问题，并且具备优异的密封效果，适宜在本领域大力推广。
所述圆形凹槽直径大于氢电极气室侧壁的内径，且电解质外侧面直径小于氢电极气室侧壁外径，所述氢电极下端外缘设于氢电极气室顶面。
本发明中，圆形凹槽和电解质外径的设置有利于固定安装氢电极，同时有利于增大玻璃环与氢电极气室侧壁的接触面，增加密封效果、增强陶瓷密封环与氢电极气室连接的强度，进一步提升固体氧化物电解池的可靠性和安全性。
所述氢电极气室侧壁的外径大于填料环内径且小于填料环外径，所述填料环底面内侧设有环形卡槽，所述环形卡槽与氢电极气室侧壁顶部外缘匹配。
同样的，环形卡槽的设置用于增加密封效果、增强陶瓷密封环与氢电极气室连接的强度。
所述氢电极气室的侧壁材质为氧化锆陶瓷，所述玻璃环材质为软化点在850-1000℃的玻璃。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明高温固体氧化物电解池，采用在电解质上设置圆形凹槽并内设氢电极和氧电极，并且将玻璃环设置在圆柱形的电解质侧壁外侧，通过电解质侧壁将玻璃环与氢电极隔离，避免在固体氧化物电解池工作过程中，从玻璃环中游离出的硅原子附着于氢电极，使氢电极钝化，提高固体氧化物电解池的耐用性，本发明中，填料环由陶瓷密封环内腔、电解质外侧壁和氢电极气室侧壁顶面和侧面共同构成，通过陶瓷密封环顶面的注塑孔将液态玻璃注入填料环形成玻璃环，形成的玻璃环能够充分填补电解质、陶瓷密封环和氢电极气室相互间的间隙，具有优异的隔离绝缘效果，大大提高了本发明的气密性和可靠性；
2、本发明高温固体氧化物电解池，固体氧化物电解池的密封主要通过陶瓷密封环和注塑的玻璃环，结构简单，安装十分方便快捷，有效避免由于安装操作不当引起的密封气密性差的问题，并且具备优异的密封效果，适宜在本领域大力推广。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明陶瓷密封环示意图；
图3为本发明玻璃环示意图；
附图中标记及对应的零部件名称：
1-氢电极，2-氧电极，3-电解质，31-圆形凹槽，4-氢电极气室，5-陶瓷密封环，51-填料环，52-注塑孔，53-环形卡槽，6-玻璃环。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1-3所示，本发明高温固体氧化物电解池，包括氢电极1、氧电极2、电解质3和氢电极气室4，所述电解质3为圆柱形，在电解质3顶面和底面中央各设有一个圆形凹槽31，所述氧电极2设于顶面的圆形凹槽31内，氢电极1设于底面的圆形凹槽31内，所述电解质3置于氢电极气室4的顶面，在电解质3顶面和外周套设有与电解质3匹配的陶瓷密封环5，陶瓷密封环5在与电解质3侧面相接处设有一个填料环51，所述填料环51内注塑有玻璃环6，在陶瓷密封环5顶面设有数个与填料环51连通的注塑孔52，所述陶瓷密封环5底部与氢电极气室4外壁接触。
所述圆形凹槽31直径大于氢电极气室4侧壁的内径，且电解质3外侧面直径小于氢电极气室4侧壁外径，所述氢电极1下端外缘设于氢电极气室4顶面。
所述氢电极气室4侧壁的外径大于填料环51内径且小于填料环51外径，所述填料环51底面内侧设有环形卡槽53，所述环形卡槽53与氢电极气室4侧壁顶部外缘匹配。
所述氢电极气室4的侧壁材质为氧化锆陶瓷，所述玻璃环6材质为软化点在850-1000℃的玻璃。
使用前安装时，将氢电极1和氧电极2安装在电解质3两侧的圆形凹槽31内，再将电解质3安置于氢电极气室4侧壁的顶面上，将陶瓷密封环5套设在电解质3顶部和侧面上，陶瓷密封环5底部与氢电极气室4外壁紧密接触，待电解质3、陶瓷密封环5和氢电极气室4相互间对准后，将熔化的液态玻璃从注塑孔52注入，待冷却后即可使用。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.高温固体氧化物电解池，包括氢电极、氧电极、电解质和氢电极气室，其特征在于，所述电解质为圆柱形，在电解质顶面和底面中央各设有一个圆形凹槽，所述氧电极设于顶面的圆形凹槽内，氢电极设于底面的圆形凹槽内，所述电解质置于氢电极气室的顶面，在电解质顶面和外周套设有与电解质匹配的陶瓷密封环，陶瓷密封环在与电解质侧面相接处设有一个填料环，所述填料环内注塑有玻璃环，在陶瓷密封环顶面设有数个与填料环连通的注塑孔，所述陶瓷密封环底部与氢电极气室外壁接触。
2.根据权利要求1所述的高温固体氧化物电解池，其特征在于，所述圆形凹槽直径大于氢电极气室侧壁的内径，且电解质外侧面直径小于氢电极气室侧壁外径，所述氢电极下端外缘设于氢电极气室顶面。
3.根据权利要求1或2所述的高温固体氧化物电解池，其特征在于，所述氢电极气室侧壁的外径大于填料环内径且小于填料环外径，所述填料环底面内侧设有环形卡槽，所述环形卡槽与氢电极气室侧壁顶部外缘匹配。
4.根据权利要求3所述的高温固体氧化物电解池，其特征在于，所述氢电极气室的侧壁材质为氧化锆陶瓷，所述玻璃环材质为软化点在850-1000℃的玻璃。
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