可逆固体氧化物电池系统技术方案

本发明专利技术的实施例提供了一种可逆固体氧化物电池系统，涉及储能技术领域。可逆固体氧化物电池系统包括电池堆、第一储气罐和第二储气罐，其中，电池堆包括第二电极、第一电极和电解质，电解质设置在第二电极与第一电极之间，第一电极连接到第一储气罐，第一储气罐用于存储第一电极所需的第一气体，第二电极连接到第二储气罐，第二储气罐用于存储第二电极所需的第二气体。可逆固体氧化物电池系统反应速度快，电流加载快，电池堆及辅助系统（BOP）简单，转化效率高，成本较低，使用寿命满足需求。使用寿命满足需求。使用寿命满足需求。

【技术实现步骤摘要】
可逆固体氧化物电池系统


[0001]本专利技术涉及储能
，具体而言，涉及一种可逆固体氧化物电池系统。

技术介绍

[0002]随着大规模可再生能源电力（光伏、风力发电等）的开发利用，储能技术成为保护电网稳定的刚性需求。传统的储能技术中抽水蓄能受到地域选择的限制，锂离子电池等储能电池受到容量和安全性的限制，液流电池受到成本的限制。大规模、长周期、低成本的储能是实现双碳目标的必然需求。可逆固体氧化物电池（ReSOC）作为一种高效的能量转换系统，具有两种工作模式，一种是固体氧化物电解池（SOEC），将可再生能源电力高效率地转化为氢能；另一种是固体氧化物燃料电池（SOFC），将氢能高效率地转化为稳定的电能。两种模式的交替运行构成了ReSOC的储能模式，其容量由系统中氢气储罐的大小决定，而功率由电堆模块的大小决定。ReSOC的容量与功率完全独立，可以实现大规模长周期的储能。高效率的ReSOC可助力双碳目标的顺利实现。
[0003]但是，目前可逆固体氧化物电池仍处在材料研发阶段，尚无系统产品。为实现其产业化需要克服反应速度较慢、电流加载慢、转化效率低、成本高等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的实施例要解决的技术问题是：设计有效的可逆固体氧化物电池系统的集成方案；为解决反应速度较慢、电流加载慢、转化效率低、成本高等问题提供解决思路。
[0005]为此，本专利技术提供一种可逆固体氧化物电池系统，可逆固体氧化物电池系统包括电池堆、第一储气罐和第二储气罐，其中，电池堆由多片电池的重复单元构成，每一片电池均包括第二电极、第一电极和电解质，电解质设置在第二电极与第一电极之间；多片电池的电流为串联模式，气流为并联模式，使第一电极连接到第一储气罐，第一储气罐用于存储第一电极所需的第一气体，第二电极连接到第二储气罐，第二储气罐用于存储第二电极所需的第二气体。
[0006]在可选的实施方式中，可逆固体氧化物电池系统还包括增压泵、第三储气罐和减压阀，第一储气罐、增压泵、第三储气罐和减压阀依次首尾连接，形成循环回路，在第一储气罐中的压力达到上限值时，增压泵自动将第一储气罐中的部分第一气体转移到第三储气罐，在第一储气罐中的压力达到下限值时，减压阀自动将第三储气罐中的部分第一气体转移到第一储气罐。
[0007]在可选的实施方式中，可逆固体氧化物电池系统还包括冷凝加压系统、第四储气罐、循环泵、蒸发混合系统和换热器，第二电极、第二储气罐、冷凝加压系统、第四储气罐、循环泵和蒸发混合系统依次首尾连接，形成循环回路，冷凝加压系统还连接到蒸发混合系统，换热器的一端连接在第二储气罐与冷凝加压系统之间的管道上，换热器的另一端连接在蒸发混合系统与第二电极之间的管道上。
[0008]在可选的实施方式中，电池堆为质子导体ReSOC电池，第一电极为负极，第一电极
所需的第一气体为氢气，第二电极为正极，第二电极所需的第二气体为第一混合气，第一混合气包括体积比为1:1的氧气与水蒸气。
[0009]在可选的实施方式中，第一电极的材料选用质子导体电解质与Ni基催化剂的复合材料，电解质的材料选用质子导体电解质BaZr1‑
x
‑
y
Ce
x
M
y
O
3+δ
，第二电极的材料选用PrBa
0.5
Sr
0.5
Co2‑
x
Fe
x
O
5+δ
系列材料。
[0010]在可选的实施方式中，电解质的材料选用BaZr
0.8
‑
x
Ce
x
Y
0.1
Yb
0.1
O3，第一电极作为支撑体采用BZCYYb与NiO复合烧结的陶瓷材料，经氢气还原后形成BZCYYb
‑
Ni金属陶瓷，并利用造孔剂流延形成梯度孔结构，第一电极的活性物质采用BZCYYb
‑
Ni金属陶瓷，第二电极的材料选用PrBa
0.5
Sr
0.5
Co
1.5
Fe
0.5
O
5+δ
。
[0011]在可选的实施方式中，电池堆为氧离子导体ReSOC电池，第一电极为正极，第一电极所需的第一气体为氧气，第二电极为负极，第二电极所需的第二气体为第二混合气，第二混合气包括体积比为1:1的氢气与水蒸气。
[0012]在可选的实施方式中，第一电极作为支撑体采用（La
0.8
Sr
0.2
）
0.95
MnO3与3mol%Y2O3稳定的ZrO2(3YSZ)复合的陶瓷材料，并利用造孔剂流延形成梯度孔结构，第一电极的活性物质采用（La
0.8
Sr
0.2
）
0.95
MnO3与8mol%Y2O3稳定的ZrO2(8YSZ)复合的陶瓷材料；第二电极选用Ni
‑
8YSZ氢电极。
[0013]在可选的实施方式中，第一电极作为支撑体采用（La
0.8
Sr
0.2
）
0.95
MnO3与3mol%Y2O3稳定的ZrO2(3YSZ)复合的陶瓷材料，并利用造孔剂流延形成梯度孔结构，第一电极的活性物质采用（La
0.8
Sr
0.2
）
0.95
MnO3与11mol%Sc2O3稳定的ZrO2(ScSZ)复合的陶瓷材料；第二电极选用Ni
‑
ScSZ氢电极。
[0014]在可选的实施方式中，第一电极作为支撑体采用（La
0.8
Sr
0.2
）
0.95
MnO3与3mol%Y2O3稳定的ZrO2(3YSZ)复合的陶瓷材料，并利用相转化流延法造孔，得到直通结构的氧气通道，第一电极的活性物质与ScSZ的电解质膜采用浸渍、共烧结而制备得到第一电极支撑的半电池，在半电池的电解质面上丝网印刷多孔ScSZ，烧结后浸渍Ni催化剂而得到第二电极，形成全电池。
[0015]本专利技术实施例提供的可逆固体氧化物电池系统的有益效果包括：1.反应速度快，电流加载快，电池堆及辅助系统（BOP）简单；2.转化效率高，成本较低，使用寿命满足需求。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0017]图1为本专利技术第一实施例提供的可逆固体氧化物电池系统的构成示意图；图2为本专利技术第二实施例提供的可逆固体氧化物电池系统的构成示意图；图3为实施例1提供的可逆固体氧化物电池系统的发电和电解的工作曲线；图4为实施例2提供的可逆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可逆固体氧化物电池系统，其特征在于，所述可逆固体氧化物电池系统包括电池堆（2）、第一储气罐（3）和第二储气罐（7），其中，电池堆（2）中每一片电池均包括第二电极（22）、第一电极（21）和电解质（23），所述电解质（23）设置在所述第二电极（22）与所述第一电极（21）之间；多片电池的电流为串联模式，气流为并联模式，使所述第一电极（21）连接到所述第一储气罐（3），所述第一储气罐（3）用于存储所述第一电极（21）所需的第一气体，所述第二电极（22）连接到所述第二储气罐（7），所述第二储气罐（7）用于存储所述第二电极（22）所需的第二气体。2.根据权利要求1所述的可逆固体氧化物电池系统，其特征在于，所述可逆固体氧化物电池系统还包括增压泵（4）、第三储气罐（5）和减压阀（6），所述第一储气罐（3）、所述增压泵（4）、所述第三储气罐（5）和所述减压阀（6）依次首尾连接，形成循环回路，在所述第一储气罐（3）中的压力达到上限值时，所述增压泵（4）自动将所述第一储气罐（3）中的部分所述第一气体转移到所述第三储气罐（5），在所述第一储气罐（3）中的压力达到下限值时，所述减压阀（6）自动将所述第三储气罐（5）中的部分所述第一气体转移到所述第一储气罐（3）。3.根据权利要求1所述的可逆固体氧化物电池系统，其特征在于，所述可逆固体氧化物电池系统还包括冷凝加压系统（8）、第四储气罐（9）、循环泵（10）、蒸发混合系统（11）和换热器（12），所述第二电极（22）、所述第二储气罐（7）、所述冷凝加压系统（8）、所述第四储气罐（9）、所述循环泵（10）和所述蒸发混合系统（11）依次首尾连接，形成循环回路，所述冷凝加压系统（8）还连接到所述蒸发混合系统（11），所述换热器（12）的一端连接在所述第二储气罐（7）与所述冷凝加压系统（8）之间的管道上，所述换热器（12）的另一端连接在所述蒸发混合系统（11）与所述第二电极（22）之间的管道上。4.根据权利要求1所述的可逆固体氧化物电池系统，其特征在于，所述电池堆（2）为质子导体ReSOC电池，所述第一电极（21）为负极，所述第一电极（21）所需的所述第一气体为氢气，所述第二电极（22）为正极，所述第二电极（22）所需的所述第二气体为第一混合气，所述第一混合气包括体积比为1:1的氧气与水蒸气。5.根据权利要求4所述的可逆固体氧化物电池系统，其特征在于，所述第一电极（21）的材料选用质子导体电解质（23）与Ni基催化剂的复合材料，所述电解质（23）的材料选用质子导体电解质（23）BaZr1‑
x
‑
y
Ce
x
M
y
O
3+δ
，所述第二电极（22）的材料选用PrBa
0.5
Sr
0.5
Co2‑
x
Fe
x
O
5+δ
系列材料。6.根据权利要求5所述的可逆固体氧化物电池系统，其特征在于，所述电解质（23）的材料选用BaZr
0.8
‑
x
Ce<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王绍荣，陈婷，耿玉翠，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：