TWI559610B - Solid oxide electrochemical cell testing device - Google Patents

Description

固態氧化物電解電池測試裝置

本發明是有關一種固態氧化物電解電池測試裝置，特別是指一種於進行高溫電解水產氫測試時，減緩脈衝電壓對電池的不良作用，提昇測試結果可靠性的測試裝置。

在中華民國專利公告第I456230號「開放式平板型固態氧化物燃料電池單元檢測裝置」發明專利案中揭露了利用一開放式承載機構容納相關的電池單元、氣體傳輸機構及燃料傳輸機構等結構，且該開放式承載機構、氣體傳輸機構及燃料傳輸機構係以氧化鋁(陶瓷)為主要材料，藉以有效改善金屬材料在高溫反應下，容易生成氧化物而增加電池內阻，且測試裝置可能在長期測試或反覆操作下使得氧化物剝離，改變了原本的幾何形狀，影響電池測試的結果等情形，亦可避免金屬離子揮發造成電池毒化，成為影響電池的壽命、加速電池劣化的因素。

然而，該「開放式平板型固態氧化物燃料電池單元檢測裝置」係針對一般操作程序下進行電池單元效能(包含OCV量測、極化曲線量測、長時效測試等)量測之裝置，而電解水產氫可視為固態氧化物燃料電池發電之一逆反應，因此，以一外部電源施加於燃料電池的二極，使燃料電池除了 於尖峰用電時期對外提供電力之外，並於離峰時段利用外部電源之電力進行產氫，以將多餘的能量轉換為氫氣，以儲備提供燃料電池後續使用所需，乃為一可行的方向。

但上述機構在進行高溫電解水產氫測試時，由外部電源所供應的脈衝電壓容易對電池產生不良作用，於測試時易產生不穩定之情形，因而影響整體之測試結果。且一般多會於燃料傳輸機構中串接一蒸發器，以將水轉換為水蒸氣，並隨燃料導入燃料電池中；但傳統的蒸發器並未設有將水均勻擴散的機制，往往僅加熱外圍管壁部位，形成受熱不均勻，且同時外部補充的水不斷進入，造成水不易蒸發，因此往往造成電解水產氫測試之結果不符合預期。

有鑑於習見的燃料電池檢測裝置有上述缺點，發明人乃針對前述缺點研究改進之道，促成本發明之產生。

本發明的主要目的在於提供一種固態氧化物電解電池測試裝置，其係於一燃料傳輸機構上設有一管式蒸發器串接至外部水源，於該管式蒸發器內部設有多層的多孔填充材料，可使水份均勻擴散而便於加熱，並提供穩定的水蒸氣隨燃料導入測試裝置內，藉以於進行高溫電解水產氫測試時，減緩脈衝電壓對電池的不良影響，使測試結果更具可靠性。

本發明的另一目的在於提供一種固態氧化物電解電池測試裝置，其可因應生活上乃至商業化之需求，在尖峰用電時期由燃料電池持續提供所需的電力，在用電量較少的離峰時段可自行進行產氫，將多餘的能量轉換為 氫氣(氫能)，以儲備提供燃料電池使用所需之燃料，達到自給自足的理想目標。

為達成上述目的及功效，本發明所採行的技術手段包括：一承載機構、一氣體傳輸機、一燃料傳輸機構及一管式蒸發器等部份，其中該承載機構具有二相對的陰極分流板、陽極分流板，於該陰極分流板朝向陽極分流板之一側設有一陰極集電網，一陰極電壓線及一陰極電流線分別穿過陰極分流板與陰極集電網連通，該陽極分流板朝向陰極分流板之一側設有一陽極集電網，一陽極電壓線及一陽極電流線分別穿過陽極分流板與陽極集電網連通，且於該陰極集電網與陽極集電網之間設有一電池單元，該電池單元之陰極係與陰極電壓線及陰極電流線接觸，該電池單元之陽極係與陽極電壓線及陽極電流線接觸；該氣體傳輸機構係連通設於承載機構之一面，其包含有一端與陰極分流板連通之陰極氣體導管、一端連通設於陰極氣體導管另端之空氣三通管、一穿過空氣三通管另端至電池單元陰極側之熱電偶；該燃料傳輸機構係連通設於承載機構之另一面，其包含有一端與陽極分流板連通之陽極氣體導管、一端連通設於陽極氣體導管另端之燃料三通管、一穿過燃料三通管另端至電池單元陽極側之熱電偶；其特徵在於：該電池單元係經由陰極電流線、陽極電流線係分別與一外部直流電源供應器連接，該管式蒸發器係以一端連通於燃料傳輸機構之燃料三通管一端，管式蒸發器另一端係經由一進水管路連通於外部水源，當該承載機構置於一高溫爐內，利用該高溫爐所產生的熱量加溫外部導入該管式蒸發器的水並轉換成水蒸氣，且該水蒸氣通過該燃料三通管隨燃料進入陽極氣體導管。

依上述結構，其中該管式蒸發器內部設有多層的多孔填充材料，且該進水管路係與多孔填充材料相接觸。

依上述結構，其中該多孔填充材料係為金屬網。

依上述結構，其中該承載機構係為一對外開放的承載機構。

為使本發明的上述目的、功效及特徵可獲得更具體的瞭解，依各附圖說明如下：

1‧‧‧承載機構

11‧‧‧陰極分流板

111‧‧‧陰極集電網

112‧‧‧陰極電壓線

113‧‧‧陰極電流線

12‧‧‧陽極分流板

121‧‧‧陽極集電網

122‧‧‧陽極電壓線

123‧‧‧陽極電流線

2‧‧‧氣體傳輸機構

21‧‧‧陰極氣體導管

22‧‧‧空氣三通管

221‧‧‧空氣入口

23‧‧‧熱電偶

24‧‧‧陰極支撐架

3‧‧‧燃料傳輸機構

31‧‧‧陽極氣體導管

32‧‧‧燃料三通管

33‧‧‧熱電偶

34‧‧‧陽極支撐架

4‧‧‧管式蒸發器

41‧‧‧多孔填充材料

42‧‧‧進水管路

421‧‧‧控制閥

422‧‧‧入水口

43‧‧‧三通管

431‧‧‧燃料入口

5‧‧‧電壓計

6‧‧‧電流計

7‧‧‧直流電源供應器

A‧‧‧高溫爐

A1‧‧‧容置空間

B‧‧‧電池單元

第1圖是本發明的立體組合結構示意圖。

第2圖是本發明的管式蒸發器結構剖面圖。

第3圖是本發明的第一實施態樣形示意圖。

第4圖是本發明的第二實施態樣形示意圖。

請參閱第1至3圖所示，可知本發明的結構主要包括：一承載機構1、一氣體傳輸機構2、一燃料傳輸機構3及一管式蒸發器4等部份，其中該承載機構1為一對外開放的承載機構，具有二相對的陰極分流板11、陽極分流板12，於該陰極分流板11朝向陽極分流板12之一側設有一陰極集電網111，一陰極電壓線112及一陰極電流線113分別穿過陰極分流板11與陰極集電網111連通，該陽極分流板12朝向陰極分流板11之一側設有一陽極集電網121，一陽極電壓線122及一陽極電流線123分別穿過陽極分流板12與陽極集電網121連通，且於該陰極集電網111與陽極集電網121 之間設有一電池單元B，該電池單元B之陰極係與陰極電壓線112及陰極電流線113接觸，該電池單元B之陽極係與陽極電壓線122及陽極電流線123接觸。

該氣體傳輸機構2係連通設於承載機構1之一面，其包含有一端與陰極分流板11連通之陰極氣體導管21、一端連通設於陰極氣體導管21另端之空氣三通管22、一穿過空氣三通管22另端至電池單元B陰極側之熱電偶23，該陰極氣體導管21外周側設有一陰極支撐架24。

該燃料傳輸機構3係連通設於承載機構1之另一面，其包含有一端與陽極分流板12連通之陽極氣體導管31、一端連通設於陽極氣體導管31另端之燃料三通管32、一穿過燃料三通管32另端至電池單元B陽極側之熱電偶33，該陽極氣體導管31外周緣設有一陽極支撐架34。

該管式蒸發器4係以一端連通於燃料傳輸機構3之燃料三通管32一端，管式蒸發器4另一端係經由一三通管43連結一進水管路42的一端，而該三通管43另一端則係為一燃料入口431，而該進水管路42另一端可經由一控制閥421連通一入水口422，而該入水口422則可連結一外部水源；在一個可行的實施例中，該管式蒸發器4內部設有多層的多孔填充材料41(可為金屬網)，且該進水管路42係與多孔填充材料41相接觸，藉由該控制閥421可控制外部水源經由流入管式蒸發器4內，利用多孔填充材料41(金屬網)可將水流均勻擴散。

當上述結構應用於一般燃料電池發電檢測時，係可將該承載機構1置於一高溫爐A的預設容置空間A1內，並使該管式蒸發器4設置於高溫爐A旁側，於該陰極電壓線112、陽極電壓線122之間連結一電壓計5，而於陰 極電流線113、陽極電流線123之間連結一電流計6；此時，空氣可由空氣入口221通過空氣三通管22進入陰極氣體導管21中，且利用該高溫爐A所產生的熱量加溫該管式蒸發器4，使該管式蒸發器4內部由多孔填充材料41(金屬網)均勻擴散的水可受到均勻的加熱而產生穩定的水蒸氣，該水蒸氣可隨著由燃料入口431導入的燃料通過該燃料三通管32進入陽極氣體導管31，使空氣與含水蒸氣的燃料利用陰、陽極分流板11、12均勻擴散至電池單元B之陰、陽極進行反應，而該陰、陽極兩側之熱電偶23、33可準確監測電池單元B的溫度，並適時調整高溫爐A的溫度，最後透過與電池單元B陰、陽極接觸之陰、陽極集電網111、121，使電池單元B將電流導出，而殘餘空氣、燃料及反應產物則由陰、陽極分流板11、12直接排出。

請參閱第4圖所示，可知本發明之上述結構於實際應用時，亦可於陰極電流線113、陽極電流線123之間連結一外部之直流電源供應器7，其餘之結構與第3圖所示者相同；利用該直流電源供應器7提供之電能分別經由陰極電流線113、陽極電流線123作用於電池單元B的陰、陽極，使該電池單元B進行發電的逆反應，並於電池單元B的陽極產生氫氣，藉此，達到於離峰用電時段自行進行產氫，並將多餘的能量轉換為氫氣(氫能)，以儲備提供燃料電池使用所需之目的。

同時，由該管式蒸發器4所產生之水蒸氣可有效減緩脈衝電壓對電池單元B的不良影響，使高溫電解水產氫的測試結果更具可靠性。

綜合以上所述，本發明的固態氧化物電解電池測試裝置確可達成在進行高溫電解水產氫測試時，提供穩定水蒸氣供應、減緩脈衝電壓對電池不良作用，提昇測試結果可靠性的功效，實為一具新穎性及進步性的發明，爰依法提出申請發明專利；惟上述說明的內容，僅為本發明的較佳實施例說明，舉凡依本發明的技術手段與範疇所延伸的變化、修飾、改變或等效置換者，亦皆應落入本發明的專利申請範圍內。

1‧‧‧承載機構

11‧‧‧陰極分流板

111‧‧‧陰極集電網

112‧‧‧陰極電壓線

113‧‧‧陰極電流線

12‧‧‧陽極分流板

121‧‧‧陽極集電網

122‧‧‧陽極電壓線

123‧‧‧陽極電流線

2‧‧‧氣體傳輸機構

21‧‧‧陰極氣體導管

22‧‧‧空氣三通管

221‧‧‧空氣入口

23‧‧‧熱電偶

24‧‧‧陰極支撐架

3‧‧‧燃料傳輸機構

31‧‧‧陽極氣體導管

32‧‧‧燃料三通管

33‧‧‧熱電偶

34‧‧‧陽極支撐架

4‧‧‧管式蒸發器

41‧‧‧多孔填充材料

42‧‧‧進水管路

421‧‧‧控制閥

422‧‧‧入水口

43‧‧‧三通管

431‧‧‧燃料入口

5‧‧‧電壓計

7‧‧‧直流電源供應器

A‧‧‧高溫爐

A1‧‧‧容置空間

B‧‧‧電池單元

Claims (4)

1. 一種固態氧化物電解電池測試裝置，包括：一承載機構、一氣體傳輸機構、一燃料傳輸機構及一管式蒸發器等部份，其中該承載機構具有二相對的陰極分流板、陽極分流板，於該陰極分流板朝向陽極分流板之一側設有一陰極集電網，一陰極電壓線及一陰極電流線分別穿過陰極分流板與陰極集電網連通，該陽極分流板朝向陰極分流板之一側設有一陽極集電網，一陽極電壓線及一陽極電流線分別穿過陽極分流板與陽極集電網連通，且於該陰極集電網與陽極集電網之間設有一電池單元，該電池單元之陰極係與陰極電壓線及陰極電流線接觸，該電池單元之陽極係與陽極電壓線及陽極電流線接觸；該氣體傳輸機構係連通設於承載機構之一面，其包含有一端與陰極分流板連通之陰極氣體導管、一端連通設於陰極氣體導管另端之空氣三通管、一穿過空氣三通管另端至電池單元陰極側之熱電偶；該燃料傳輸機構係連通設於承載機構之另一面，其包含有一端與陽極分流板連通之陽極氣體導管、一端連通設於陽極氣體導管另端之燃料三通管、一穿過燃料三通管另端至電池單元陽極側之熱電偶；其特徵在於：該電池單元係經由陰極電流線、陽極電流線係分別與一外部直流電源供應器連接，該管式蒸發器係以一端連通於燃料傳輸機構之燃料三通管一端，管式蒸發器另一端係經由一進水管路連通於外部水源，當該承載機構置於一高溫爐內，利用該高溫爐所產生的熱量加溫外部導入該管 式蒸發器的水並轉換成水蒸氣，且該水蒸氣通過該燃料三通管隨燃料進入陽極氣體導管。
2. 如申請專利範圍第1項所述之固態氧化物電解電池測試裝置，其中該管式蒸發器內部設有多層的多孔填充材料，且該進水管路係與多孔填充材料相接觸。
3. 如申請專利範圍第2項所述之固態氧化物電解電池測試裝置，其中該多孔填充材料係為金屬網。
4. 如申請專利範圍第1項所述之固態氧化物電解電池測試裝置，其中該承載機構係為一對外開放的承載機構。