一种平管式固体氧化物电解池、电解海水制氢装置及电解制氢的工艺制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种平管式固体氧化物电解池，包括依次接触的第一电解质层、第一活性阳极层、阳极支撑体、第二活性阳极层、第二电解质层、阻挡层、阴极层、缓冲层和金属导电层；所述阳极支撑体在平行于层叠方向上设置有贯通通道。本发明专利技术采用一种独特结构的固体氧化物电解池在高温下直接电解未经任何处理的天然海水，将海水加热蒸发，以氢气为载气，携带不同量的水蒸气在750℃高温下进行电解。一方面可将海水中的绝大部分杂质与电解池分离，减缓或避免海盐对电解池的不良影响；另一方面，在高温下电解可获得更高的电/化学能量转化效率。本发明专利技术还提供一种电解海水制氢装置及电解制氢的工艺。工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种平管式固体氧化物电解池、电解海水制氢装置及电解制氢的工艺


[0001]本专利技术属于电解制氢
，尤其涉及一种平管式固体氧化物电解池、电解海水制氢装置及电解制氢的工艺。

技术介绍

[0002]能源是人类赖以生存和发展的基石，为在保证世界能源安全的同时缓解温室效应，“氢经济”的概念被广泛谈论和研究。氢气作为一种可再生的、无碳的清洁能源，有望比传统化石燃料走得更远。目前，世界上绝大多数氢气都来源于化石燃料的重整、裂解。然而，基于化石燃料的制氢过程会排放二氧化碳，且不可持续，因为化石燃料终将耗尽。而如果由可再生能源产生的电力电解水得到氢气，将氢气储存于高效储氢材料中并输送至需要的地方，再利用氢燃料电池发电产生电能和水，整个过程是绿色、碳中性且可持续的。并且，若使用可再生能源产生的富余电力电解水生产氢气，即能更加充分的利用可再生能源，在用电需求较小时将富余的电能部分收集起来，又可实现氢气的清洁、高效和大规模制备。因此，电解水制氢具有广阔的应用前景。其中，固体氧化物电解池(SOEC)技术近年来受到广泛关注，因其工作温度高，具有更高的电/化学能量转化效率，若不考虑电解过程的吸热，其能量转换效率可超过100％。
[0003]然而，现有电解水研究大都针对较纯净的淡水，而人类所能够支配的淡水资源却并不充裕。根据联合国发布的《2018年世界水资源开发报告》，由于人口增长、经济发展和消费方式转变等因素，全世界对水资源的需求正在以每年1％的速度增长，且未来二十年，增速还将加快；另外，全世界目前共有约36亿人居住在缺水地区，到2050年，这一数字将扩大至48亿至57亿之多。因此，任何面向未来的技术都应尽量避免占用过多的淡水资源。与淡水不同的是，海水是一种极为丰富易得的资源，地球表面超过70％的面积被海水覆盖，广阔的海洋中储存着地球上绝大部分水。目前，这一巨大的宝库远未得到充分利用。若能以海水为原料，结合高效的水电解技术，利用海上丰富的风电和光电制取氢气，必将为人类带来巨大的经济和环境效益。
[0004]虽然电解海水制氢应用前景广阔，但目前的水电解技术并不适用于大规模海水电解，与杂质较少的淡水相比，海水成分复杂，含有大量有害的阴离子，这些阴离子可能直接侵蚀电解槽，也可能与水分解反应竞争。常见的碱性电解、质子交换膜电解等技术，杂质直接与膜或电极直接接触，对膜性能要求高，更容易腐蚀电极和电解槽，降低寿命。同时质子交换膜电解技术还采用贵金属，成本高；海水电解的其它挑战还有电解时电解槽局部pH值的变化，细菌、颗粒物的影响等。低温直接电解海水的一个关键挑战是阳极上氯化物氧化与水氧化反应的竞争，海水中高浓度的氯离子可在阳极失电子产生氯气或次氯酸盐；常见的电解水制氢技术需要持续提供电能维持设备的运转，也大大提高了海水制氢的成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种平管式固体氧化物电解池、电解海水制氢装置及电解制氢工艺，本专利技术中的平管式固体氧化物电解池能够直接电解未经任何处理的天然海水，且电/化学能量转化效率更高，成本更低。
[0006]本专利技术提供一种平管式固体氧化物电解池，包括依次接触的第一电解质层、第一活性阳极层、阳极支撑体、第二活性阳极层、第二电解质层、阻挡层、阴极层、缓冲层和金属导电层；
[0007]所述缓冲层包括La
0.6
Sr
0.4
Co
0.2
Fe
0.8
O3；所述阴极层包括氧化钆掺杂的氧化铈和La
0.6
Sr
0.4
Co
0.2
Fe
0.8
O3；
[0008]所述第一活性阳极层包括NiO
‑
8YSZ和/或NiO
‑
3YSZ；所述第二活性阳极层包括NiO
‑
8YSZ和/或NiO
‑
3YSZ；
[0009]所述阳极支撑体在平行于层叠面方向上设置有贯通通道。
[0010]优选的，所述阳极支撑体按照以下步骤制备得到：
[0011]将NiO和3YSZ按照质量比1：(0.75～1.25)混合并加入表面活性剂和塑化剂，通过造粒得到粒径为30～50μm和50～150μm的两种粉体，将粒径为30～50μm和50～150μm的两种粉体按照(7～5)：(3～5)的质量比混合，挤压成型后烧结，得到阳极支撑体。
[0012]优选的，所述第一电解质层部分覆盖第一活性阳极层。
[0013]优选的，所述第一电解质层包括YSZ；所述第二电解质层包括YSZ。
[0014]优选的，所述阻挡层包括氧化钆掺杂的氧化铈。
[0015]本专利技术提供一种电解海水制氢装置，包括海水存储装置、氢气储存装置、电源、加热装置和上文所述的平管式固体氧化物电解池；
[0016]所述加热装置用于对上文所述的平管式固体氧化物电解池进行加热；
[0017]所述海水存储装置设置有加热元件，用于将海水加热蒸发。
[0018]本专利技术提供一种利用上文所述的电解海水制氢装置电解制氢的工艺，包括以下步骤：
[0019]将海水水蒸气通入燃料极，将空气通入空气极，开启电源，对平管式固体氧化物电解池通电，进行电解，得到氢气；
[0020]所述平管式固体氧化物电解池的温度为700～850℃。
[0021]优选的，对海水加热蒸发的温度为90～100℃。
[0022]优选的，所述电解的电压为0.9～1.5V。
[0023]优选的，使用氢气作为载气，与海水水蒸气一起通入燃料极。
[0024]本专利技术提供了一种平管式固体氧化物电解池，包括依次接触的第一电解质层、第一活性阳极层、阳极支撑体、第二活性阳极层、第二电解质层、阻挡层、阴极层、缓冲层和金属导电层；所述缓冲层包括La
0.6
Sr
0.4
Co
0.2
Fe
0.8
O3；所述阴极层包括氧化钆掺杂的氧化铈和La
0.6
Sr
0.4
Co
0.2
Fe
0.8
O3；所述第一活性阳极层包括NiO
‑
8YSZ和/或NiO
‑
3YSZ；所述第二活性阳极层包括NiO
‑
8YSZ和/或NiO
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3YSZ；所述阳极支撑体在平行于层叠方向上设置有贯通通道。本专利技术采用一种独特结构的固体氧化物电解池(SOEC)在高温下直接电解未经任何处理的天然海水，将海水加热蒸发，以氢气为载气，携带不同量的水蒸气在750℃高温下进行电解。一方面可将海水中的绝大部分杂质与电解池分离，减缓或避免海盐对电解池的不良影响；
另一方面，在高温下电解可获得更高的电/化学能量转化效率，因为水分解反应的吉布斯自由能随温度的升高而降低，低自由能意味着低电压，低电压意味着低成本。最后，可以将电解后的高温尾气用来加热海水，则可大大降低蒸发海水所需的成本，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平管式固体氧化物电解池，包括依次接触的第一电解质层、第一活性阳极层、阳极支撑体、第二活性阳极层、第二电解质层、阻挡层、阴极层、缓冲层和金属导电层；所述缓冲层包括La
0.6
Sr
0.4
Co
0.2
Fe
0.8
O3；所述阴极层包括氧化钆掺杂的氧化铈和La
0.6
Sr
0.4
Co
0.2
Fe
0.8
O3；所述第一活性阳极层包括NiO
‑
8YSZ和/或NiO
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3YSZ；所述第二活性阳极层包括NiO
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8YSZ和/或NiO
‑
3YSZ；所述阳极支撑体在平行于层叠面方向上设置有贯通通道。2.根据权利要求1所述的平管式固体氧化物电解池，其特征在于，所述阳极支撑体按照以下步骤制备得到：将NiO和3YSZ按照质量比1：(0.75～1.25)混合并加入表面活性剂和塑化剂，通过造粒得到粒径为30～50μm和50～150μm的两种粉体，将粒径为30～50μm和50～150μm的两种粉体按...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩贝贝，刘曌，官万兵，杨钧，王建新，
申请(专利权)人：浙江工研院发展有限公司，
类型：发明
国别省市：