CN112968198A - 一种高温固体氧化物电化学反应装置 - Google Patents

一种高温固体氧化物电化学反应装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112968198A
CN112968198A CN202110211104.7A CN202110211104A CN112968198A CN 112968198 A CN112968198 A CN 112968198A CN 202110211104 A CN202110211104 A CN 202110211104A CN 112968198 A CN112968198 A CN 112968198A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cathode
anode
current collecting
pipe
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.)
Granted
Application number
CN202110211104.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112968198B (zh
Inventor
林性贻
李晓晓
江莉龙
罗宇
陈崇启
钟富兰
蔡国辉
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.)
Fuzhou University
Original Assignee
Fuzhou University
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 Fuzhou University filed Critical Fuzhou University
Priority to CN202110211104.7A priority Critical patent/CN112968198B/zh
Publication of CN112968198A publication Critical patent/CN112968198A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112968198B publication Critical patent/CN112968198B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • 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

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高温固体氧化物电化学反应装置。该高温固体氧化物电化学反应装置由固定部件、气体供给部件、集流部件、密封部件、测控温部件和反应腔体部件组成。该装置可实现对高温固体氧化物燃料电池的密封、电流集流、阴阳极气体供给、测温控温等功能，同时为外部气路、外部测温、电化学性能测试、反应气体检测留下接口，可以同时满足纽扣式或管式的固体氧化物燃料电池和固体氧化物电解池的反应需求，通过细致的结构设计，实现拆卸较简便、结构紧凑。

Description

一种高温固体氧化物电化学反应装置
技术领域
本发明涉及一种高温固体氧化物电化学反应装置，属于固体氧化物燃料电池及固体氧化物电解池技术领域。
背景技术
燃料电池可将储存在燃料中的化学能直接转化为电能，不受卡诺循环限制，具有能量转换效率高、洁净、无污染、噪声低、模块结构性强、比功率高等优点，受到了世界各国的广泛重视。
燃料电池按照电解质类型可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、汃熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及质子交换膜燃料电池（PEMFC）[Larminie J，Dicks A.Fuel cell system explained，John Wiley &Sons Ltd.，NewYork，2000.李瑛，王林山.燃料电池.北京：冶金工业出版社.2002；EG&G TechnicalServices，Inc. Fuel cell handbook (Seventh edition). Contract No.DE-AM26-99FT40575，2005；Hirschenhofer J H，Stauffer D B，Engleman R R，et al. Fuel cellhand book（Fourth Edition），New York，1998.]。其中，固体氧化物燃料电池工作温度高，不必使用贵金属作为催化剂，使电池成本降低；且燃料适用范围广，不仅可以使用纯H2作为燃料，还可以使用天然气、重整气、合成气等混合燃料。固体氧化物燃料电池发电技术可用千多种场合，可作为集中式发电系统、分布式发电系统、小型发电设备、移动式电源等[MinhN Q. Solid oxide fuel cell technology-features and applications. SolidState Ionics，2004，174:271-277.]。其废热具有较高能级，可与燃气轮机（GT）相结合组成混合发电系统，使系统发电效率达到60%以上，整体能量利用率则达到70%至80%。[GardnerF J，Day M J，Brandon N P，et al. SOFC technology development at Rolls-Royce，Journal of Power Sources，2000，86(1-2):122-129:Tian Y. Modeling of solid oxidefuel cell-Gas turbine hybrid power plant[Ph.D. Dissertation]，Singapore:Nanyang Technological University.2002: Bessette N F，Wepfer W J. Electrochemicaland thermal simulation of a solid oxide fuel cell. Chemical EngineeringCommunication，1996，147:1-15.]，被公认为最具潜力的发电技术之一。
固体氧化物燃料电池由多孔阳极、阴极以及位于两者之间的致密固体氧化物电解质组成。在高温状态下（500℃-1000℃），多孔阳极、阴极具备气体传质和同时传导氧离子、电子的作用，固体氧化物电解质具有传导氧离子、阻止气体传递的作用。
当燃料电池工作时，阴极侧通入空气，其中氧气在多孔阴极中从外部电路得到电子生成氧离子，氧离子穿过电解质层到达阳极。阳极侧通入H2、CO、NH3、CH4等燃料气体，燃料气体与电解质传递过来的氧离子反应生成比H2O、CO2、N2等产物，同时释放出电子。电子通过外电路到达阴极，实现外电路供电。从反应过程中可看出，固体氧化物燃料电池工作时，需保持高温状态（600℃-1000℃），保证阴、阳极气体独立密封，以及阴、阳极表面的电流集流，这是固体氧化物燃料电池测试、运行所必需的条件。
固体氧化物电解池与固体氧化物燃料电池是一对结构型式相同、工作过程相逆的能量转化装置。固体氧化物燃料电池能够高效地利用氢气发电，固体氧化物电解池则可以清洁地制备氢气，它们都能在未来新能源领域中发挥重要作用。
到目前为止，国内外研究者和研究机构在固体氧化物材料体系、制备工艺、选型等方面做了很多工作。常见的固体氧化物燃料电池从几何结构上可以分为平板式、管式和瓦楞式。纽扣固体氧化物燃料电池时平板式结构的一种，阴气形状和尺寸与纽扣类似而得名，其一面为阳极，一面为阴极，电解质夹在阴阳极之间。纽扣固体氧化物燃料电池因其实验测试相对简单，数据可重复性好、气体流动影响小当优点，被国内外个研究机构广泛采用[M.Brown，S.Primdahl，and M. Mogensenb.Structue/Performance Relations for Ni/Yttria-Ssbilized Zirconia Anodes for Solid Oxide Fuel Cells. Journal of TheElectrochemical Society，2000，147(2):475-485; Jai-Who Kim， Anil V. Virkar，Kuan -Zong Fung， et al. Polarization Effects in Intermediate Temperature，Anode-Suported Solid Oxide Fuel Cells. Journal of The ElectrochemicalSociety， 1999， 146 (1): 69~78.]，常用于电池材料性能分析、反应机理研究和模拟计算验证等方面，其测试装置多为自行设计加工制作。由于管式固体氧化物燃料电池具有结构强度高，抗热冲击能力强等固有特点，能够满足对启动速度快、循环性能好的要求而备受青睐。
固体氧化物燃料电池及固体氧化物电解池测试时对反应装置的气密性、电流集流、测温控温、气路安排等条件要求非常苛刻；同时希望满足装卸、更换电池方便快捷、装置紧凑、布局合理、阴阳极腔体小、对阴阳极气体组分敏感。国内外目前类似装置较难同时满足纽扣和管式固体氧化物燃料电池及电解池的不同反应需求。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种高温固体氧化物电化学反应装置。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种高温固体氧化物电化学反应装置，包括底座（1）、内套管套（2）、内套管O形橡胶圈（3）、外套管套（4）、外套管-阴极腔体管（5）、热电偶（10）、内套管-阳极腔体管（12）、外套管O形橡胶圈（13）、外套管芯（14）、内套管芯（15）、热电偶保护管（17）、阳极气体出口管（18）、阴极气体入口管（19）、三通转接头（20）、阳极气体入口管（21）、阴极气体出口管（22）、集流部件；
底座（1）上设有阳极气体出口管（18）、热电偶保护管孔（25）、阴极气体入口管孔（26）、阴极气体出口管孔（28）、外套管芯（14）、内套管芯（15）；
所有管件与底座（1）密封连接；
内套管-阳极腔体管（12）由内套管套（2）与内套管O形橡胶圈（3）固定于内套管芯（15）内，内套管套（2）与内套管芯（15）螺纹旋紧，内套管O形橡胶圈（3）起到固定内套管-阳极腔体管（12）和密封作用；
外套管-阴极腔体管（5）由外套管套（4）与外套管O形橡胶圈（13）固定于外套管芯（14）内，外套管套（4）与外套管芯（14）螺纹旋紧，外套管O形橡胶圈（13）起到固定外套管-阴极腔体管（5）和密封的作用；
阳极气体入口管（21）插入底座（1）的阳极气体出口管孔且位于内套管-阳极腔体管（12）内部，管头部用三通转接头（20）固定其位置；阳极气体出口管（18）与三通转接头（20）相接，并通过出气口（31）排出阳极尾气；
热电偶（10）插入热电偶保护管（17）中并延伸至底部的集流部件，且热电偶（10）测温点与燃料电池同一高度，热电偶保护管（17）插入底座（1）的热电偶保护管孔（25）并位于外套管-阴极腔体管（5）内周侧；
阴极气体入口管（19）插入底座（1）的阴极气体入口管孔（26）中，阴极气体出口管（22）插入底座（1）的阴极气体出口管孔（28）中。
优选的，集流部件包括阳极集流刚玉管（23）、阴极集流刚玉管（16），阴极集流刚玉管（16）和阳极集流刚玉管（23）分别插入底座（1）的阴极集流刚玉管孔（24）和阳极集流刚玉管孔（27）；集流部件用于纽扣固体氧化物燃料电池，主要包括阳极集流铂丝（6）、阳极集流镍网（7）、阴极集流铂丝（8）、阴极集流银网（9）、固体氧化物燃料电池（11）；阳极集流铂丝（6）和阴极集流铂丝（8）分别插入阳极集流刚玉管（23）和阴极集流刚玉管（16）；阳极集流铂丝（6）两头穿过阳极集流刚玉管（23），与阳极集流镍网（7）接触；阳极集流镍网（7）用于从固体氧化物燃料电池（11）阳极上收集电流，阳极集流铂丝（6）两头分别作为参比电极和测试电极，导出电流；阴极集流银网（9）内接触固体氧化物燃料电池（11）阴极，外与阴极集流铂丝（8）相接触，阴极集流银网（9）用于从固体氧化物燃料电池（11）的阴极上收集电流，阴极集流铂丝（8）的两头分别作为参比电极和测试电极，导出电流。
优选的，集流部件包括两阴极集流刚玉管（16），阴极集流刚玉管（16）插入底座（1）的阴极集流刚玉管孔（24）；集流部件用于管式固体氧化物燃料电池，主要包括阳极集流镍网（7）、阳极气体入口管（21），阳极气体入口管（21）作为阳极集流铜管、阴极集流铂丝（8）、阴极集流银网（9）、管式固体氧化物燃料电池（29）、管式固体氧化物燃料电池固定套管（30）；阳极集流铜管插入底座（1）的阳极气体出口管（18）且位于内套管-阳极腔体管（12）内部，阳极集流镍网（7）附着于阳极集流铜管末端，并用NiO浆料将其黏附于管式固体氧化物燃料电池（29）内部，与管式固体氧化物燃料电池（29）阳极紧密接触，阳极集流铜管同时作为参比电极和测试电极；阴极集流铂丝（8）穿过阴极集流刚玉管通过缠绕方式将阴极集流银网（9）固定，并与管式固体氧化物燃料电池（29）阴极紧密接触；阴极集流银网（9）用于从管式固体氧化物燃料电池（29）的阴极上收集电流，阴极集流铂丝（8）的两头分别作为参比电极和测试电极，导出电流。
优选的，阳极集流刚玉管（23）、阴极集流刚玉管（16）、阴极气体入口管（19）、阴极气体出口管（22）和热电偶保护管（17）与底座（1）密封连接为硅胶密封。
优选的，两阴极集流刚玉管（16）、阴极气体入口管（19）、阴极气体出口管（22）和热电偶保护管（17）与底座（1）密封连接为硅胶密封。
优选的，内套管-阳极腔体管（12）位于外套管-阴极腔体管（5）的内部；阴极气体入口管（19）、阴极气体出口管（22）、热电偶保护管（17）、阳极集流刚玉管（23）与阴极集流刚玉管（16）位于内套管-阳极腔体管（12）与外套管-阴极腔体管（5）之间。
优选的，内套管-阳极腔体管（12）位于外套管-阴极腔体管（5）的内部；阴极气体入口管（19）、阴极气体出口管（22）、热电偶保护管（17）与两阴极集流刚玉管（16）位于内套管-阳极腔体管（12）与外套管-阴极腔体管（5）之间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该装置可实现对高温固体氧化物燃料电池的密封、电流集流、阴阳极气体供给、测温控温等功能，同时为外部气路、外部测温、电化学性能测试、反应气体检测留下接口，可以同时满足纽扣式或管式的固体氧化物燃料电池和固体氧化物电解池的反应需求，通过细致的结构设计，实现拆卸较简便、结构紧凑。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例1的构造示意图一。
图2为本发明实施例1的构造示意图二。
图3为本发明实施例1的构造示意图三。
图4为本发明实施例1底座的俯视图。
图5为本发明实施例2的构造示意图一。
图6为本发明实施例2的构造示意图二。
图7为纽扣固体氧化物燃料电池的运行实例图。
图8为纽扣固体氧化物电解池的运行实例图。
图9为管式固体氧化物燃料电池的运行实例图。
图10为管式固体氧化物电解池的运行实例图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1~10所示，本实施例提供了一种高温固体氧化物电化学反应装置，包括底座（1）、内套管套（2）、内套管O形橡胶圈（3）、外套管套（4）、外套管-阴极腔体管（5）、热电偶（10）、内套管-阳极腔体管（12）、外套管O形橡胶圈（13）、外套管芯（14）、内套管芯（15）、热电偶保护管（17）、阳极气体出口管（18）、阴极气体入口管（19）、三通转接头（20）、阳极气体入口管（21）、阴极气体出口管（22）、集流部件；整体组成固定部件、气体供给部件、集流部件、密封部件、测控温部件和反应腔体部件。
固定部件主要包括底座、内套管芯、外套管芯、外套管套、内套管套、外套管-阴极腔体管、内套管-阳极腔体管、阳极气体出口管孔，均为不锈钢材质；外套管-阴极腔体管为石英管。
气体供给部件包括阳极气体入口管、底座上的阳极气体出口管、阴极气体入口管、阴极气体出口管，其中阳极气体入口管是铜管，阳极气体出口管是不锈钢管，其余管件皆是刚玉管。阳极气体由阳极气体入口管进入阳极腔体底部，反应后从阳极腔体管与阳极气体入口管中间的环形腔体流过，经由阳极气体出气口排出。阴极气体由阴极气体入口管进入，通过阴极气体出口管排出。
集流部件主要包括阳极集流部件和阴极集流部件。
密封部件主要包括O型橡胶圈、硅胶和陶瓷胶。
测控温部件主要包括热电偶、热电偶保护管及管式加热炉。热电偶插入热电偶保护管，固定在底座上，使热电偶测温头部与燃料电池保持相同高度。管式加热炉用于保持燃料电池工作温度。
反应腔体部件主要包括阳极腔体管和阴极腔体管。阳极腔体管为刚玉材质，阴极腔体管为石英玻璃材质，阳极腔体管和阴极腔体管之间为阴极气体。
底座（1）上设有阳极气体出口管（18）、热电偶保护管孔（25）、阴极气体入口管孔（26）、阴极气体出口管孔（28）、外套管芯（14）、内套管芯（15）；
底座是整个反应装置的核心部件，其上开有各种通孔。
所有管件与底座（1）密封连接；
内套管-阳极腔体管（12）由内套管套（2）与内套管O形橡胶圈（3）固定于内套管芯（15）内，内套管套（2）与内套管芯（15）螺纹旋紧，内套管O形橡胶圈（3）起到固定内套管-阳极腔体管（12）和密封作用；
外套管-阴极腔体管（5）由外套管套（4）与外套管O形橡胶圈（13）固定于外套管芯（14）内，外套管套（4）与外套管芯（14）螺纹旋紧，外套管O形橡胶圈（13）起到固定外套管-阴极腔体管（5）和密封的作用；
阳极气体入口管（21）插入底座（1）的阳极气体出口管孔且位于内套管-阳极腔体管（12）内部，管头部用三通转接头（20）固定其位置；阳极气体出口管（18）与三通转接头（20）相接，并通过出气口（31）排出阳极尾气；
热电偶（10）插入热电偶保护管（17）中并延伸至底部的集流部件，且热电偶（10）测温点与燃料电池同一高度，热电偶保护管（17）插入底座（1）的热电偶保护管孔（25）并位于外套管-阴极腔体管（5）内周侧；
阴极气体入口管（19）插入底座（1）的阴极气体入口管孔（26）中，阴极气体出口管（22）插入底座（1）的阴极气体出口管孔（28）中。
反应装置置于管式加热炉中。
在本发明实施例中，内套管芯（15）和内套管套（2）设有螺纹。
在本发明实施例中，外套管芯（14）与外套管套（4）设有螺纹。
在本发明实施例中，内套管芯（15）和内套管套（2）密封为内套管O型橡胶圈（3）密封。
在本发明实施例中，外套管芯（14）和外套管套（4）密封为外套管O型橡胶圈（13）密封。
在本发明实施例中，阳极气体入口管（21）由三通转接头（20）固定。三通转接头（20）与阳极气体出口管（18）连接固定。
在本发明实施例中，反应装置可以适用于固体氧化物燃料电池及固体氧化物电解池；反应装置燃料适应性高，如H2、CO、NH3、CH4等燃料气体。
在本发明实施例1中，集流部件包括阳极集流刚玉管（23）、阴极集流刚玉管（16），阴极集流刚玉管（16）和阳极集流刚玉管（23）分别插入底座（1）的阴极集流刚玉管孔（24）和阳极集流刚玉管孔（27）；集流部件用于纽扣固体氧化物燃料电池，主要包括阳极集流铂丝（6）、阳极集流镍网（7）、阴极集流铂丝（8）、阴极集流银网（9）、固体氧化物燃料电池（11）；阳极集流铂丝（6）和阴极集流铂丝（8）分别插入阳极集流刚玉管（23）和阴极集流刚玉管（16）；阳极集流铂丝（6）两头穿过阳极集流刚玉管（23），与阳极集流镍网（7）接触；阳极集流镍网（7）用于从固体氧化物燃料电池（11）阳极上收集电流，阳极集流铂丝（6）两头分别作为参比电极和测试电极，导出电流；阴极集流银网（9）内接触固体氧化物燃料电池（11）阴极，外与阴极集流铂丝（8）相接触，阴极集流银网（9）用于从固体氧化物燃料电池（11）的阴极上收集电流，阴极集流铂丝（8）的两头分别作为参比电极和测试电极，导出电流。阳极集流部件由阳极集流铂丝、阳极集流镍网和阳极集流刚玉管组成。阳极集流铂丝穿过起保护作用的阳极集流刚玉管，集流时阳极集流镍网分别与燃料电池阳极、阳极集流铂丝紧密接触。阴极集流部件由阴极集流铂丝、阴极集流银网和阴极集流刚玉管组成。阴极集流铂丝穿过起保护作用的阴极集流刚玉管。集流时阴极集流银网分别与燃料电池阴极、阴极集流铂丝紧密接触。
在本发明实施例1中，阳极集流刚玉管（23）、阴极集流刚玉管（16）、阴极气体入口管（19）、阴极气体出口管（22）和热电偶保护管（17）与底座（1）密封连接为硅胶密封；内套管-阳极腔体管（12）位于外套管-阴极腔体管（5）的内部；阴极气体入口管（19）、阴极气体出口管（22）、热电偶保护管（17）、阳极集流刚玉管（23）与阴极集流刚玉管（16）位于内套管-阳极腔体管（12）与外套管-阴极腔体管（5）之间。
在本发明实施例2中，集流部件包括两阴极集流刚玉管（16），阴极集流刚玉管（16）插入底座（1）的阴极集流刚玉管孔（24）；集流部件用于管式固体氧化物燃料电池，主要包括阳极集流镍网（7）、阳极气体入口管（21），阳极气体入口管（21）作为阳极集流铜管、阴极集流铂丝（8）、阴极集流银网（9）、管式固体氧化物燃料电池（29）、管式固体氧化物燃料电池固定套管（30）；阳极集流铜管插入底座（1）的阳极气体出口管（18）且位于内套管-阳极腔体管（12）内部，阳极集流镍网（7）附着于阳极集流铜管末端，并用NiO浆料将其黏附于管式固体氧化物燃料电池（29）内部，与管式固体氧化物燃料电池（29）阳极紧密接触，阳极集流铜管同时作为参比电极和测试电极；阴极集流铂丝（8）穿过阴极集流刚玉管通过缠绕方式将阴极集流银网（9）固定，并与管式固体氧化物燃料电池（29）阴极紧密接触；阴极集流银网（9）用于从管式固体氧化物燃料电池（29）的阴极上收集电流，阴极集流铂丝（8）的两头分别作为参比电极和测试电极，导出电流。
在本发明实施例2中，两阴极集流刚玉管（16）、阴极气体入口管（19）、阴极气体出口管（22）和热电偶保护管（17）与底座（1）密封连接为硅胶密封；内套管-阳极腔体管（12）位于外套管-阴极腔体管（5）的内部；阴极气体入口管（19）、阴极气体出口管（22）、热电偶保护管（17）与两阴极集流刚玉管（16）位于内套管-阳极腔体管（12）与外套管-阴极腔体管（5）之间。
该高温固体氧化物电化学反应装置的工作原理为：
图7为纽扣固体氧化物燃料电池的运行实例图。该装置正常运行时，管式加热炉工作温度为600℃-1000℃。阴极气体为静态空气，无需加外套管，空气中的氧气穿过阴极集流银网，在阴极发生电化学反应后直接排在空气中；此时阳极气体（如NH3）由阳极气体入口管21进入，穿过阳极气体入口管21进入反应装置，到达阳极集流镍网7，在纽扣固体氧化物燃料电池11的阳极发生电化学反应，反应后以及未参加反应的阳极气体穿过阳极集流镍网7，经由阳极腔体管向上流动，最终通过阳极气体出口管18排出。由阴极集流刚玉管16引出的两根阴极集流铂丝8、阳极集流刚玉管23引出的阳极集流铂丝6可组成四电极法，用于燃料电池电化学性能测试。
图8为纽扣固体氧化物电解池的运行实例图。该装置正常运行时，管式加热炉工作温度为600℃-1000℃。此时阳极气体（如NH3）由阳极气体入口管21进入，穿过阳极气体入口管21进入反应装置，到达阳极集流镍网7，在纽扣固体氧化物燃料电池11的阳极发生电化学反应，反应后以及未参加反应的阳极气体穿过阳极集流镍网7，经由阳极腔体管向上流动，最终通过阳极气体出口管18排出。阴极气体由阴极气体入口管19进入，穿过阴极气体入口管19进入反应装置，到达阴极集流银网9，在纽扣固体氧化物燃料电池11的阴极发生电化学反应，反应后以及未反应的阴极气体穿过阴极腔体管到达阴极气体出口管22，由阴极气体出口管22排出。由阴极集流刚玉管16引出的两根阴极集流铂丝8、阳极集流刚玉管23引出的阳极集流铂丝6可组成四电极法，用于纽扣固体氧化物电解池电化学性能测试。
图9为管式固体氧化物燃料电池的运行实例图。该装置正常运行时，管式加热炉工作温度为600℃-1000℃。阴极气体为静态空气，无需加外套管，空气中的氧气穿过阴极集流银网，在阴极发生电化学反应后直接排在空气中；此时阳极气体（如NH3）由阳极气体入口管21进入，穿过阳极气体入口管21进入反应装置，到达阳极集流镍网7，在管式固体氧化物燃料电池29的阳极发生电化学反应，反应后以及未参加反应的阳极气体穿过阳极集流镍网7，经由阳极腔体管向上流动，最终通过阳极气体出口管18排出。由两阴极集流刚玉管16引出的两根阴极集流铂丝8、阳极集流铜管可组成四电极法，用于燃料电池电化学性能测试。
图10为管式固体氧化物电解池的运行实例图。该装置正常运行时，管式加热炉工作温度为600℃-1000℃。此时阳极气体（如NH3）由阳极气体入口管21进入，穿过阳极气体入口管21进入反应装置，到达阳极集流镍网7，在管式固体氧化物燃料电池29的阳极发生电化学反应，反应后以及未参加反应的阳极气体穿过阳极集流镍网7，经由阳极腔体管向上流动，最终通过阳极气体出口管18排出。阴极气体由阴极气体入口管19进入，穿过阴极气体入口管19进入反应装置，到达阴极集流银网9，在管式固体氧化物燃料电池29的阴极发生电化学反应，反应后以及未反应的阴极气体穿过阴极腔体管5到达阴极气体出口管22，由阴极气体出口管22排出。由两阴极集流刚玉管16引出的两根阴极集流铂丝8、阳极集流铜管可组成四电极法，用于管式固体氧化物电解池电化学性能测试。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种高温固体氧化物电化学反应装置，其特征在于：包括底座（1）、内套管套（2）、内套管O形橡胶圈（3）、外套管套（4）、外套管-阴极腔体管（5）、热电偶（10）、内套管-阳极腔体管（12）、外套管O形橡胶圈（13）、外套管芯（14）、内套管芯（15）、热电偶保护管（17）、阳极气体出口管（18）、阴极气体入口管（19）、三通转接头（20）、阳极气体入口管（21）、阴极气体出口管（22）、集流部件；
底座（1）上设有阳极气体出口管（18）、热电偶保护管孔（25）、阴极气体入口管孔（26）、阴极气体出口管孔（28）、外套管芯（14）、内套管芯（15）；
所有管件与底座（1）密封连接；
内套管-阳极腔体管（12）由内套管套（2）与内套管O形橡胶圈（3）固定于内套管芯（15）内，内套管套（2）与内套管芯（15）螺纹旋紧，内套管O形橡胶圈（3）起到固定内套管-阳极腔体管（12）和密封作用；
外套管-阴极腔体管（5）由外套管套（4）与外套管O形橡胶圈（13）固定于外套管芯（14）内，外套管套（4）与外套管芯（14）螺纹旋紧，外套管O形橡胶圈（13）起到固定外套管-阴极腔体管（5）和密封的作用；
阳极气体入口管（21）插入底座（1）的阳极气体出口管孔且位于内套管-阳极腔体管（12）内部，管头部用三通转接头（20）固定其位置；阳极气体出口管（18）与三通转接头（20）相接，并通过出气口（31）排出阳极尾气；
热电偶（10）插入热电偶保护管（17）中并延伸至底部的集流部件，且热电偶（10）测温点与燃料电池同一高度，热电偶保护管（17）插入底座（1）的热电偶保护管孔（25）并位于外套管-阴极腔体管（5）内周侧；
阴极气体入口管（19）插入底座（1）的阴极气体入口管孔（26）中，阴极气体出口管（22）插入底座（1）的阴极气体出口管孔（28）中。
2.根据权利要求1所述的高温固体氧化物电化学反应装置，其特征在于：集流部件包括阳极集流刚玉管（23）、阴极集流刚玉管（16），阴极集流刚玉管（16）和阳极集流刚玉管（23）分别插入底座（1）的阴极集流刚玉管孔（24）和阳极集流刚玉管孔（27）；集流部件用于纽扣固体氧化物燃料电池，主要包括阳极集流铂丝（6）、阳极集流镍网（7）、阴极集流铂丝（8）、阴极集流银网（9）、固体氧化物燃料电池（11）；阳极集流铂丝（6）和阴极集流铂丝（8）分别插入阳极集流刚玉管（23）和阴极集流刚玉管（16）；阳极集流铂丝（6）两头穿过阳极集流刚玉管（23），与阳极集流镍网（7）接触；阳极集流镍网（7）用于从固体氧化物燃料电池（11）阳极上收集电流，阳极集流铂丝（6）两头分别作为参比电极和测试电极，导出电流；阴极集流银网（9）内接触固体氧化物燃料电池（11）阴极，外与阴极集流铂丝（8）相接触，阴极集流银网（9）用于从固体氧化物燃料电池（11）的阴极上收集电流，阴极集流铂丝（8）的两头分别作为参比电极和测试电极，导出电流。
3.根据权利要求1所述的高温固体氧化物电化学反应装置，其特征在于：集流部件包括两阴极集流刚玉管（16），阴极集流刚玉管（16）插入底座（1）的阴极集流刚玉管孔（24）；集流部件用于管式固体氧化物燃料电池，主要包括阳极集流镍网（7）、阳极气体入口管（21），阳极气体入口管（21）作为阳极集流铜管、阴极集流铂丝（8）、阴极集流银网（9）、管式固体氧化物燃料电池（29）、管式固体氧化物燃料电池固定套管（30）；阳极集流铜管插入底座（1）的阳极气体出口管（18）且位于内套管-阳极腔体管（12）内部，阳极集流镍网（7）附着于阳极集流铜管末端，并用NiO浆料将其黏附于管式固体氧化物燃料电池（29）内部，与管式固体氧化物燃料电池（29）阳极紧密接触，阳极集流铜管同时作为参比电极和测试电极；阴极集流铂丝（8）穿过阴极集流刚玉管通过缠绕方式将阴极集流银网（9）固定，并与管式固体氧化物燃料电池（29）阴极紧密接触；阴极集流银网（9）用于从管式固体氧化物燃料电池（29）的阴极上收集电流，阴极集流铂丝（8）的两头分别作为参比电极和测试电极，导出电流。
4.根据权利要求2所述的高温固体氧化物电化学反应装置，其特征在于：阳极集流刚玉管（23）、阴极集流刚玉管（16）、阴极气体入口管（19）、阴极气体出口管（22）和热电偶保护管（17）与底座（1）密封连接为硅胶密封。
5.根据权利要求3所述的高温固体氧化物电化学反应装置，其特征在于：两阴极集流刚玉管（16）、阴极气体入口管（19）、阴极气体出口管（22）和热电偶保护管（17）与底座（1）密封连接为硅胶密封。
6.根据权利要求2所述的高温固体氧化物电化学反应装置，其特征在于：内套管-阳极腔体管（12）位于外套管-阴极腔体管（5）的内部；阴极气体入口管（19）、阴极气体出口管（22）、热电偶保护管（17）、阳极集流刚玉管（23）与阴极集流刚玉管（16）位于内套管-阳极腔体管（12）与外套管-阴极腔体管（5）之间。
7.根据权利要求3所述的高温固体氧化物电化学反应装置，其特征在于：内套管-阳极腔体管（12）位于外套管-阴极腔体管（5）的内部；阴极气体入口管（19）、阴极气体出口管（22）、热电偶保护管（17）与两阴极集流刚玉管（16）位于内套管-阳极腔体管（12）与外套管-阴极腔体管（5）之间。
CN202110211104.7A 2021-02-25 2021-02-25 一种高温固体氧化物电化学反应装置 Active CN112968198B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110211104.7A CN112968198B (zh) 2021-02-25 2021-02-25 一种高温固体氧化物电化学反应装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110211104.7A CN112968198B (zh) 2021-02-25 2021-02-25 一种高温固体氧化物电化学反应装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112968198A true CN112968198A (zh) 2021-06-15
CN112968198B CN112968198B (zh) 2022-05-27

Family

ID=76286105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110211104.7A Active CN112968198B (zh) 2021-02-25 2021-02-25 一种高温固体氧化物电化学反应装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112968198B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114361496A (zh) * 2021-12-31 2022-04-15 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 一种用于高温固体氧化物的电化学反应装置

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1767265A2 (en) * 2005-09-27 2007-03-28 Samsung SDI Co., Ltd. Fuel reforming apparatus heated by a burner
US20070105012A1 (en) * 2005-11-08 2007-05-10 Alan Devoe Solid Oxide Fuel Cell Device and System, Method of Using and Method of Making
JP2007200826A (ja) * 2006-01-30 2007-08-09 Mitsubishi Electric Corp 電気化学反応器
CN101345316A (zh) * 2008-08-29 2009-01-14 清华大学 一种纽扣固体氧化物燃料电池反应装置
CN101345315A (zh) * 2008-08-29 2009-01-14 清华大学 一种直接碳燃料电池反应装置
CN101719554A (zh) * 2009-12-08 2010-06-02 中国科学院过程工程研究所 一种试管型中温固体氧化物燃料电池
CN102473951A (zh) * 2009-06-26 2012-05-23 康宁股份有限公司 低质量固体氧化物燃料装置的阵列整体件
CN103078128A (zh) * 2013-01-29 2013-05-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种直接碳固体氧化物燃料电池堆
CN106410251A (zh) * 2016-11-02 2017-02-15 西安交通大学 一种可拆换式板状电池串联电池堆结构
US20190088975A1 (en) * 2017-09-19 2019-03-21 Phillips 66 Company Solid oxide fuel cell stack design
CN210489742U (zh) * 2019-11-25 2020-05-08 苏州国绿新材料科技有限公司 一种管式固体氧化物燃料电池的内重整结构
US20200274178A1 (en) * 2019-02-21 2020-08-27 U.S. Army Research Laboratory Attn: Rdrl-Loc-I Method and apparatus of an air breathing hydrogen fuel cell using direct liquid fuels

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1767265A2 (en) * 2005-09-27 2007-03-28 Samsung SDI Co., Ltd. Fuel reforming apparatus heated by a burner
US20070105012A1 (en) * 2005-11-08 2007-05-10 Alan Devoe Solid Oxide Fuel Cell Device and System, Method of Using and Method of Making
JP2007200826A (ja) * 2006-01-30 2007-08-09 Mitsubishi Electric Corp 電気化学反応器
CN101345316A (zh) * 2008-08-29 2009-01-14 清华大学 一种纽扣固体氧化物燃料电池反应装置
CN101345315A (zh) * 2008-08-29 2009-01-14 清华大学 一种直接碳燃料电池反应装置
CN102473951A (zh) * 2009-06-26 2012-05-23 康宁股份有限公司 低质量固体氧化物燃料装置的阵列整体件
CN101719554A (zh) * 2009-12-08 2010-06-02 中国科学院过程工程研究所 一种试管型中温固体氧化物燃料电池
CN103078128A (zh) * 2013-01-29 2013-05-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种直接碳固体氧化物燃料电池堆
CN106410251A (zh) * 2016-11-02 2017-02-15 西安交通大学 一种可拆换式板状电池串联电池堆结构
US20190088975A1 (en) * 2017-09-19 2019-03-21 Phillips 66 Company Solid oxide fuel cell stack design
US20200274178A1 (en) * 2019-02-21 2020-08-27 U.S. Army Research Laboratory Attn: Rdrl-Loc-I Method and apparatus of an air breathing hydrogen fuel cell using direct liquid fuels
CN210489742U (zh) * 2019-11-25 2020-05-08 苏州国绿新材料科技有限公司 一种管式固体氧化物燃料电池的内重整结构

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114361496A (zh) * 2021-12-31 2022-04-15 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 一种用于高温固体氧化物的电化学反应装置
CN114361496B (zh) * 2021-12-31 2024-05-03 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 一种用于高温固体氧化物的电化学反应装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN112968198B (zh) 2022-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109755622B (zh) 一种中空对称的双阴极高温固态燃料电池堆
JP2003513408A (ja) 燃料電池スタック
CN105576252B (zh) 基于半导体结效应的固体氧化物燃料电池及其制备方法
KR101130126B1 (ko) 평관형 고체산화물 연료전지의 전기 연결재 제작 및 설치
CN112968198B (zh) 一种高温固体氧化物电化学反应装置
Zhang et al. Performance of Cobalt‐free La0. 6Sr0. 4Fe0. 9Ni0. 1O3–δ Cathode Material for Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells
CN101820075B (zh) 直接火焰型固体氧化物燃料电池组及其制备方法
JP3617814B2 (ja) アルカリ土類添加ニッケル−鉄系ペロブスカイト型低温動作固体燃料電池用空気極材料
US20110008712A1 (en) Fuel Cell Having Single Body Support
CN213988951U (zh) 一种平板型固体氧化物燃料电池测试装置
CN109841841B (zh) 一种高温燃料电池阴极材料及其制备和应用
CN101345316B (zh) 一种纽扣固体氧化物燃料电池反应装置
CN112259765B (zh) 一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯的电信号收集方法
KR101109222B1 (ko) 일체형지지체를 구비한 연료전지 스택
CN114400356A (zh) 一种燃料电池及其制备方法
CN103165923B (zh) 阳极支撑管式电池的收电装置及其制备方法和电池堆
KR101606161B1 (ko) 관형 금속 지지체 기반의 고체산화물 연료전지 제조 방법
Zhang et al. Design and Fabrication of an Easily Assembled Anode Supported Microtubular SOFC Stack
KR101109328B1 (ko) 메시구조의 지지체를 갖는 연료전지
CN219122357U (zh) 一种平板式sofc单电池测试装置
CN113381050B (zh) 一种电极支撑型柱状sofc环绕式棋盘电池堆及制程方法
TWI783307B (zh) 金屬支撐型微管式固體氧化物燃料電池之製備方法
Sammes et al. Assembling single cells to create a stack: The case of a 100 W microtubular anode-supported solid oxide fuel cell stack
KR101109275B1 (ko) 메시구조의 지지체를 구비한 연료전지
CN115753945A (zh) 一种电化学性能测试装置及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant