本发明专利技术公开了一种基于铁酸锶电极催化层的能量双向转化装置，属于电解池技术领域，能量双向转化装置包括能量转化模块、控制模块(2)和气源模块(3)，能量转化模块包括多个固态燃料电池单元(1)，固态燃料电池单元(1)的阴阳极催化层均为铁酸锶基氧化物，控制模块(2)用于切换固态燃料电池单元(1)的阴阳极，使得能量转化模块工作为供电模式或储能模式，该能量双向转化装置可以在供电模式和储能模式下反复切换，同时气源模块(3)提供含碳的燃料气体，采用的铁酸锶基电极催化层对碳不敏感，可以充分利用廉价的灰氢做为初始原料，将灰氢中的碳成分禁锢在装置中通过能量双向转换反复循环利用，达到碳中和的效果，并降低燃料成本。并降低燃料成本。并降低燃料成本。
【技术实现步骤摘要】
一种基于铁酸锶电极催化层的能量双向转化装置
[0001]本专利技术涉及电解池
，尤其涉及一种基于铁酸锶电极催化层的能量双向转化装置。
技术介绍
[0002]在目前全球能源系统中，化石燃料的大量使用约占二氧化碳排放的70％，对全球变暖、气候变化有重大影响，一个潜在的解决方案是使用氢能源。目前工业制氢的方法主要分为四种，分别为化石燃料制氢、工业副产物制氢、甲醇制氢以及电解水制氢，前三者制氢方法制备的氢气浓度均低于电解水制备氢气，然而由于析氧反应(OER)和析氢反应(HER)需要一个大的过电位驱动所需的电流密度，这将不可避免地导致相当大的能量损失，并且通常所利用的催化剂为贵金属等，增加了电解水的成本。
[0003]固体氧化物燃料电池(SOFC)是已专利技术的由化学燃料直接转化为电能的有效装置，它由陶瓷制成的固体氧化物构成，具有高效、模块化、易选址和低排放等优势。固体氧化物电解池(SOEC)是固体氧化物燃料电池的逆运行，是一种将电能热能转化为化学能的高效率、低污染的能量转化装置。由于具有能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，固体氧化物燃料电池和固体氧化物电解池在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供及储能等民用领域，以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动储能电源领域，都有广阔的应用前景。
[0004]它利用可再生电力，通过电解将H2O转化为H2，将CO2转化为CO，也可以将燃料气体的化学能转化为电能，在现有大多数系统中中固体氧化物燃料电池SOFC及固体氧化物电解池SOEC系统分离，各自需要通入维持其运行的气体，增加气体制备储存成本，并难以做到真正的、完全的系统耦合。而在现有的能量双向转化系统中，需要共用电极，原材料以及工作气体较为昂贵，装置实现困难、成本较高、操作不便。此外，现有的燃料电池的电极对燃料气体中的碳元素较为敏感，会导致燃料电池的碳沉积和碳中毒。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于利用固体氧化物电解池实现能量双向转化的低成本并解决燃料电池的碳沉积和碳中毒问题，提供了一种基于铁酸锶电极催化层的能量双向转化装置。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007]提供一种基于铁酸锶电极催化层的能量双向转化装置，所述能量双向转化装置包括：
[0008]能量转化模块，所述能量转化模块包括多个固态燃料电池单元，所述固态燃料电池单元包括电解质支撑体以及分别设于所述电解质支撑体两侧的阴极催化层和阳极催化层，所述阴极催化层和阳极催化层上均设有集流层；所述阴极催化层和阳极催化层均为铁酸锶基氧化物；
[0009]控制模块，所述控制模块用于切换所述固态燃料电池单元的阴极催化层和阳极催
化层，使得所述能量转化模块工作为供电模式或储能模式；
[0010]气源模块，所述气源模块用于在供电模式下为所述固态燃料电池单元提供含碳的燃料气体，在储能模式下为所述固态燃料电池单元提供电解气体。
[0011]作为一优选项，所述固态燃料电池单元的外围设有加热模块，所述加热模块包括电热丝和保温层。
[0012]作为一优选项，所述固态燃料电池单元下设有陶瓷单管，所述陶瓷单管的一端与所述固态燃料电池单元连接，所述陶瓷单管的另一端通过气路与所述气源模块连接。
[0013]作为一优选项，所述燃料气体为含有碳、氢、氧成分的混合气体。
[0014]作为一优选项，所述阴极催化层、阳极催化层均由SrFe
x
M
y
O3‑
δ
构成，其中M＝Ti，Mo，Ni，Co，x+y＝1；所述电解质支撑体由La
0.9
Sr
0.1
Ga
0.8
Mg
0.2
O3‑
δ
构成。
[0015]作为一优选项，所述集流层为银网。
[0016]作为一优选项，所述电热丝为铁铬铝电热丝；所述保温层为石棉保温层。
[0017]作为一优选项，所述气路上设有加湿模块。
[0018]作为一优选项，所述控制模块包括电路控制单元、供电端、负载端以及模式切换信号源，所述电路控制单元通过导线与所述固态燃料电池单元连接；
[0019]供电模式下，所述模式切换信号源向所述电路控制单元发出用电波峰信号指令，所述电路控制单元断开与所述供电端的连接，并接通所述负载端；
[0020]储能模式下，所述模式切换信号源向所述电路控制单元发出用电波谷信号指令，所述电路控制单元接通所述供电端，并断开所述负载端。
[0021]作为一优选项，供电模式下，所述固态燃料电池单元将所述燃料气体的化学能转化为电能，并将电能依次输出给所述电路控制单元和负载端；
[0022]储能模式下，所述固态燃料电池单元接收所述电路控制单元的电能，并将所述电解气体电解还原。
[0023]需要进一步说明的是，上述各选项对应的技术特征在不冲突的情况下可以相互组合或替换构成新的技术方案。
[0024]与现有技术相比，本专利技术有益效果是：
[0025](1)本专利技术的固态燃料电池单元使用了对称结构，阴极催化层与阳极催化层均为铁酸锶基氧化物，阴极催化层与阳极催化层可进行互换，同时铁酸锶基氧化物具有良好的析氧和析氢等性能，既可以做阳极又可以做阴极，使得氧离子可在阴极催化层与阳极催化层之间进行可逆迁移，电池在供电模式与储能模式之间灵活切换，实现能量双向转化。此外，采用的铁酸锶基电极催化层对碳不敏感，可以充分利用廉价的灰氢做为初始原料，降低了燃料气体的成本，将灰氢中的碳成分禁锢在系统中通过能量双向转换反复循环利用，达到碳中和的效果，规避了燃料电池的碳沉积和碳中毒问题。
[0026](2)本专利技术的铁酸锶基电极催化层工作温度一般较高，这使得其可以使用一些相较于常温更廉价的催化剂，并且有潜力使得成本较于其他方式更低；铁酸锶基电极的成本远低于铂，降低了燃料电池的制备成本。
[0027](3)本专利技术装置可以高效地将化学能转化为电能，也可以高效地将电能转化为化学能，同时利用本专利技术装置让供电模式与储能模式双向转化简单方便，提供了更多的燃料电池应用场景。
[0028](4)本专利技术在固态燃料电池单元的外围设有加热模块，通过加热模块中的电热丝和/或电热带能够保证为固态燃料电池单元的工作提供对应的工作温度，利于电解反应高效进行。
[0029](5)本专利技术在气路上设有加湿模块，保证了含有碳成分杂质气体的氢气在供电模式下保持一定的湿度进入固态燃料电池单元，并在储能模式下提供电解还原所需的水。
[0030](6)本专利技术通过集流层将电极活性物质产生的电子电流汇集并输出，利于降低电解池的内阻，提高电解效率与循环稳定性。
[0031](7)本专利技术可以利用外部的供电端在储能模式下电解制备氢气，提高制备氢气的效率和质量。
附图说明
[0032]图1为本专利技术示出的能量双向转化装置的结构图；
[0033]图2为本专利技术示出的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于铁酸锶电极催化层的能量双向转化装置，其特征在于，所述能量双向转化装置包括：能量转化模块，所述能量转化模块包括多个固态燃料电池单元(1)，所述固态燃料电池单元(1)包括电解质支撑体(11)以及分别设于所述电解质支撑体(11)两侧的阴极催化层(12)和阳极催化层(13)，所述阴极催化层(12)和阳极催化层(13)上均设有集流层；所述阴极催化层(12)和阳极催化层(13)均为铁酸锶基氧化物；控制模块(2)，所述控制模块用于切换所述固态燃料电池单元(1)的阴极催化层(12)和阳极催化层(13)，使得所述能量转化模块工作为供电模式或储能模式；气源模块(3)，所述气源模块(3)用于在供电模式下为所述固态燃料电池单元(1)提供含碳的燃料气体，在储能模式下为所述固态燃料电池单元(1)提供电解气体。2.根据权利要求1所述的一种基于铁酸锶电极催化层的能量双向转化装置，其特征在于，所述固态燃料电池单元(1)的外围设有加热模块(4)，所述加热模块(4)包括电热丝(41)和保温层(42)。3.根据权利要求1所述的一种基于铁酸锶电极催化层的能量双向转化装置，其特征在于，所述固态燃料电池单元(1)下设有陶瓷单管(5)，所述陶瓷单管(5)的一端与所述固态燃料电池单元(1)连接，所述陶瓷单管(5)的另一端通过气路(6)与所述气源模块(3)连接。4.根据权利要求1所述的一种基于铁酸锶电极催化层的能量双向转化装置，其特征在于，所述燃料气体为含有碳、氢、氧成分的混合气体。5.根据权利要求1所述的一种基于铁酸锶电极催化层的能量双向转化装置，其特征在于，所述阴极催化层(12)、阳极催化层(13)均由SrFe
x
M
y
O3‑
δ
构成，其中M＝Ti，M...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗天勇，李自强，廖颖晴，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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