一种废气再循环的直接碳固体氧化物燃料电池结构制造技术

本发明专利技术公开一种废气再循环的直接碳固体氧化物燃料电池结构，包括保温外壳和内部电极；内部电极位于保温外壳内，内部电极包括电池板、阴极柱和阳极柱，电池板包括阳极板、阴极板和电解质板，阳极柱和阴极柱分别穿出保温外壳；保温外壳内设有第一多孔板和第二多孔板，第一多孔板位于电池板的上方，第二多孔板位于电池板的下方，电池板呈波浪状，保温外壳、第一多孔板和第二多孔板共同围设电池板形成间隔设置的阳极腔和阴极腔，第一多孔板和第二多孔板分别对应阳极腔和阴阳腔间隔设置多个通孔，每个通孔与阳极腔或阴极腔连通，第一多孔板和第二多孔板上分别设有自动回位机构，自动回位机构用以使阳极腔和阴极腔中的一者与外界连通，另一者封闭。另一者封闭。另一者封闭。

【技术实现步骤摘要】
一种废气再循环的直接碳固体氧化物燃料电池结构


[0001]本专利技术涉及固体氧化物燃料电池
，特别涉及一种废气再循环的直接碳固体氧化物燃料电池结构。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池(SOFC)属于第三代燃料电池，是一种可将燃料中的化学能高效清洁的转化为电能的全固态化学发电装置。通常由负责传导氧离子隔绝两级反应物的致密电解质和分别对燃料和氧化剂有电催化作用的多孔阳极和阴极组成，其运行温度范围为600至1000℃，具有燃料使用范围广、燃料利用率高等优点。SOFC分为管式和平板式电池结构，管式SOFC结构坚固，密封性较好，但是集流路径长、能量密度低；平板式SOFC设计简单，能量密度高，但是难于实现高温密封。由于平板式结构难于添加固体燃料以及燃料废物的排出，所以目前平板式SOFC仍以气体燃料为主，如氢气和甲烷。氢气是SOFC使用最普遍的燃料，但氢气是一种二次能源，不能从自然界中直接获得，制备成本高、体积能量密度低、储存运输安全性差等问题。而如甲烷之类的碳氢燃料又会带来积碳的风险。相反，固体碳燃料不存在上述问题，其被认为是可以替代氢气的安全性燃料。同时，固体碳还具有能量密度高、价格低廉、来源广泛等优点，而且没有储存和运输的安全问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种废气再循环的直接碳固体氧化物燃料电池结构，解决平板式固体氧化物燃料电池碳燃料的难以填装和排出的问题。同时本专利技术还设计了反应后气体的回收再利用装置，解决现有直接碳固体氧化物燃料电池生成的CO、CO2尤其是CO直接排入空气造成燃料浪费的问题。
[0004]本专利技术的技术方案为：一种废气再循环的直接碳固体氧化物燃料电池结构，包括保温外壳和内部电极；
[0005]所述内部电极位于保温外壳内，内部电极包括电池板、阴极柱和阳极柱，电池板包括阳极板、阴极板和电解质板，阳极板包括第一面和第二面，阴极板包括第三面和第四面，电解质板包括第五面和第六面，第一面与第五面贴合，第三面与第六面贴合，阴极柱与阴极板和电解质板共同连接，阳极柱与阳极板和电解质板共同连接，阳极柱和阴极柱分别穿出保温外壳；
[0006]保温外壳内设有第一多孔板和第二多孔板，第一多孔板位于电池板的上方，第二多孔板位于电池板的下方，电池板呈波浪状，保温外壳、第一多孔板和第二多孔板共同围设电池板形成间隔设置的阳极腔和阴极腔，第一多孔板和第二多孔板分别对应阳极腔和阴阳腔间隔设置多个通孔，每个通孔与阳极腔或阴极腔连通，第一多孔板和第二多孔板上分别设有自动回位机构，自动回位机构用以使阳极腔和阴极腔中的一者与外界连通，另一者封闭，实现添加碳燃料或排出废料。
[0007]进一步，所述自动回位机构包括拉板和拉伸弹簧，保温外壳上设有活动槽，活动槽
的尺寸与拉板的尺寸匹配，拉板可沿活动槽伸出保温外壳，拉板上设有限位块，限位块的尺寸大于活动槽，限位块位于保温外壳内，拉伸弹簧的一端与保温外壳的内壁连接，另一端与限位块连接，拉板上间隔设置多个对位孔，拉动拉板直至限位块抵接保温外壳的内壁，此时对位孔与阳极腔连通，拉板封闭阴极腔，可添加碳燃料，松开拉板，在拉伸弹簧的作用力，拉板回位，此时对位孔与阴极腔连通，拉板封闭阳极腔。通过设置限位块，使得拉板在完全拉出时，对位孔与阳极腔的相对应，达到添加碳燃料和排出废料的作用，当填料完成后，拉伸弹簧辅助拉板复位，封闭阳极腔。
[0008]进一步，所述保温外壳的内壁和限位块上分别设有挂钩，拉伸弹簧的两端分别与挂钩连接。
[0009]进一步，所述拉板与第一多孔板或第二多孔板接触的板面粘结有石英棉，通过设置石英棉，进一步保证密封性能。
[0010]进一步，所述拉板的端部设有把手，把手位于保温外壳外，把手的尺寸大于活动槽的尺寸。
[0011]进一步，还包括气体循环装置，气体循环装置包括储气箱、进气歧管和排气歧管，进气歧管和排气歧管的总管均与储气箱连接，进气歧管和排气歧管的分管分别穿过保温外壳与阳极腔连通，进气歧管的总管上设有单向进气阀，排气歧管的总管上设有单向排气阀和手动阀门，储气箱上设有泄压阀。
[0012]进一步，所述保温外壳的内壁设有承载凸缘，第一多孔板和第二多孔板分别放置于承载凸缘上。
[0013]进一步，所述阳极板、阴极板和电解质板分别通过银浆与保温外壳、第一多孔板和第二多孔板密封连接，阴极柱和阳极柱均为银浆形成。采用银浆作为封接剂，达到高温密封要求的同时还可以用来收集电流。
[0014]进一步，所述阳极板和阴极板的端部在竖直方向和水平方向上部分错开设置，使得阳极板的端部和阴极板的端部不共面，防止阳极板和阴极板通过银浆连接造成短路。
[0015]进一步，所述第一多孔板和第二多孔板均采用绝缘陶瓷材料制成。
[0016]上述废气再循环的直接碳固体氧化物燃料电池结构的工作方法，包括以下步骤：
[0017]步骤S1：操作第一多孔板上的自动回位机构，使得阳极腔与外界连通，此时阴极腔封闭，将固体碳燃料由通孔填入阳极腔内后，自动回位机构复位，使得阳极腔封闭，阴极腔与外界连通，完成填料；
[0018]步骤S2：当温度达到工作温度时，电池结构开始工作，阳极腔内产生CO和CO2气压变大，当气压值超过单向进气阀的压力极限时，单向进气阀打开，CO和CO2气体通过进气歧管由阳极腔进入储气箱内，随着反应进行，气压继续增大，为了防止气压过大破坏电池结构，当气压值超过泄压阀的极限值时泄压阀打开保持内部气压稳定；
[0019]步骤S3：第一次反应结束后，在手动阀门关闭状态下拉开操作第二多孔板上的自动回位机构，使得阳极腔与外界连通，阴极腔封闭，排除阳极腔中的废料，同时气压降低至等于大气压，自动回位机构复位，使得阴极腔与外界连通，阳极腔封闭，排料完成；
[0020]步骤S4：再重复步骤S1进行填料，填料完成进行第二次反应时，打开手动阀门，此时储气箱内的气压大于阳极腔内的气压，储气箱内的CO和CO2气体通过单向排气阀和排气歧管进入阳极腔，阳极腔内CO浓度上升迅速参与反应，电池结构启动加快，CO2则与固体碳
反应生成CO，阳极腔内CO浓度进一步上升，当阳极腔内气压超过单向进气阀极限压力时，阳极腔内CO和CO2气体再次流入储气箱内为下一次循环做准备。
[0021]本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：
[0022]本专利技术的废气再循环的直接碳固体氧化物燃料电池结构，通过将电池板设置呈波浪状，保温外壳、第一多孔板和第二多孔板共同围设电池板形成间隔设置的阳极腔和阴极腔，再经过操作自动回位机构，可以满足固体氧化物燃料电池阳极腔内添加燃料和排出反应后的废料。
[0023]本专利技术的废气再循环的直接碳固体氧化物燃料电池结构，通过设置气体循环装置，对直接碳固体氧化物燃料电池反应产生的气体进行了收集再利用，提高了燃料的利用，加快了直接碳固体氧化物电池的启动。
[0024]本专利技术的废气再循环的直接碳固体氧化物燃料电池结构，采用银浆作为电池板的封接剂和导电线路并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废气再循环的直接碳固体氧化物燃料电池结构，其特征在于，包括保温外壳和内部电极；所述内部电极位于保温外壳内，内部电极包括电池板、阴极柱和阳极柱，电池板包括阳极板、阴极板和电解质板，阳极板包括第一面和第二面，阴极板包括第三面和第四面，电解质板包括第五面和第六面，第一面与第五面贴合，第三面与第六面贴合，阴极柱与阴极板和电解质板共同连接，阳极柱与阳极板和电解质板共同连接，阳极柱和阴极柱分别穿出保温外壳；保温外壳内设有第一多孔板和第二多孔板，第一多孔板位于电池板的上方，第二多孔板位于电池板的下方，电池板呈波浪状，保温外壳、第一多孔板和第二多孔板共同围设电池板形成间隔设置的阳极腔和阴极腔，第一多孔板和第二多孔板分别对应阳极腔和阴阳腔间隔设置多个通孔，每个通孔与阳极腔或阴极腔连通，第一多孔板和第二多孔板上分别设有自动回位机构，自动回位机构用以使阳极腔和阴极腔中的一者与外界连通，另一者封闭，实现添加碳燃料或排出废料。2.根据权利要求1所述的废气再循环的直接碳固体氧化物燃料电池结构，其特征在于，所述自动回位机构包括拉板和拉伸弹簧，保温外壳上设有活动槽，活动槽的尺寸与拉板的尺寸匹配，拉板可沿活动槽伸出保温外壳，拉板上设有限位块，限位块的尺寸大于活动槽，限位块位于保温外壳内，拉伸弹簧的一端与保温外壳的内壁连接，另一端与限位块连接，拉板上间隔设置多个对位孔，拉动拉板直至限位块抵接保温外壳的内壁，此时对位孔与阳极腔连通，拉板封闭阴极腔，可添加碳燃料，松开拉板，在拉伸弹簧的作用力，拉板回位，此时对位孔与阴极腔连通，拉板封闭阳极腔。3.根据权利要求2所述的废气再循环的直接碳固体氧化物燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海林，童鑫，蔡位子，侯俊伟，吴伟创，郭燕宁，黄星凯，符代双，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：