[发明专利]高温固体氧化物电解池

说明书

技术领域

本发明涉及电解制氢领域，具体涉及一种高温固体氧化物电解池。

背景技术

高温固体氧化物电解池电解水蒸汽制氢的效率可以高达45～59％，是目前已知的效率最高的制氢途径。高温水蒸汽电解制氢技术被认为是未来氢能经济时代大规模制氢方法之一，已成为当前国际能源领域的热点课题，固体氧化物电解池包括平板式和管式两种，平板式构型由于具备功率密度高、制作成本低等优点，是目前国际上研究的主流。

但是，平板式SOEC需要在电解池组件的边缘进行气密密封。通常的做法是利用玻璃材料使其高温软化将SOEC密封。然而，固体氧化物电解池的工作温度较高，高温时玻璃材料中游离出的硅原子易附着在阴极上，并使阴极催化性能钝化，从而降低电解池的工作性能。此外，玻璃材料还与电极材料间存在热膨胀系数较难匹配的问题，限制了电解池的热循环，导致整个固体氧化物电解池的气密性和可靠性不高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开一种高温固体氧化物电解池，该电解池安装方便、气密性高，能够有效提高高温固体氧化物电解池的可靠性和耐用性。

本发明通过下述技术方案实现：

高温固体氧化物电解池，包括氢电极、氧电极、电解质和氢电极气室，所述电解质为圆柱形，在电解质顶面和底面中央各设有一个圆形凹槽，所述氧电极设于顶面的圆形凹槽内，氢电极设于底面的圆形凹槽内，所述电解质置于氢电极气室的顶面，在电解质顶面和外周套设有与电解质匹配的陶瓷密封环，陶瓷密封环在与电解质侧面相接处设有一个填料环，所述填料环内注塑有玻璃环，在陶瓷密封环顶面设有数个与填料环连通的注塑孔，所述陶瓷密封环底部与氢电极气室外壁接触。

本发明采用在电解质上设置圆形凹槽并内设氢电极和氧电极，并且将玻璃环设置在圆柱形的电解质侧壁外侧，通过电解质侧壁将玻璃环与氢电极隔离，避免在固体氧化物电解池工作过程中，从玻璃环中游离出的硅原子附着于氢电极，使氢电极钝化，提高固体氧化物电解池的耐用性，本发明中，填料环由陶瓷密封环内腔、电解质外侧壁和氢电极气室侧壁顶面和侧面共同构成，通过陶瓷密封环顶面的注塑孔将液态玻璃注入填料环形成玻璃环，形成的玻璃环能够充分填补电解质、陶瓷密封环和氢电极气室相互间的间隙，具有优异的隔离绝缘效果，大大提高了本发明的气密性和可靠性。

以往的高温固体氧化物电解池的气密密封多采用多个部件相互连接，共同将SOEC进行密封，其密封过程操作繁琐，且容易因为操作不当导致密封的气密性降低，影响高温固体氧化物电解池的气密性和可靠性。

本发明中，固体氧化物电解池的密封主要通过陶瓷密封环和注塑的玻璃环，结构简单，安装十分方便快捷，有效避免由于安装操作不当引起的密封气密性差的问题，并且具备优异的密封效果，适宜在本领域大力推广。

所述圆形凹槽直径大于氢电极气室侧壁的内径，且电解质外侧面直径小于氢电极气室侧壁外径，所述氢电极下端外缘设于氢电极气室顶面。

本发明中，圆形凹槽和电解质外径的设置有利于固定安装氢电极，同时有利于增大玻璃环与氢电极气室侧壁的接触面，增加密封效果、增强陶瓷密封环与氢电极气室连接的强度，进一步提升固体氧化物电解池的可靠性和安全性。

所述氢电极气室侧壁的外径大于填料环内径且小于填料环外径，所述填料环底面内侧设有环形卡槽，所述环形卡槽与氢电极气室侧壁顶部外缘匹配。

同样的，环形卡槽的设置用于增加密封效果、增强陶瓷密封环与氢电极气室连接的强度。

所述氢电极气室的侧壁材质为氧化锆陶瓷，所述玻璃环材质为软化点在850-1000℃的玻璃。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明高温固体氧化物电解池，采用在电解质上设置圆形凹槽并内设氢电极和氧电极，并且将玻璃环设置在圆柱形的电解质侧壁外侧，通过电解质侧壁将玻璃环与氢电极隔离，避免在固体氧化物电解池工作过程中，从玻璃环中游离出的硅原子附着于氢电极，使氢电极钝化，提高固体氧化物电解池的耐用性，本发明中，填料环由陶瓷密封环内腔、电解质外侧壁和氢电极气室侧壁顶面和侧面共同构成，通过陶瓷密封环顶面的注塑孔将液态玻璃注入填料环形成玻璃环，形成的玻璃环能够充分填补电解质、陶瓷密封环和氢电极气室相互间的间隙，具有优异的隔离绝缘效果，大大提高了本发明的气密性和可靠性；

2、本发明高温固体氧化物电解池，固体氧化物电解池的密封主要通过陶瓷密封环和注塑的玻璃环，结构简单，安装十分方便快捷，有效避免由于安装操作不当引起的密封气密性差的问题，并且具备优异的密封效果，适宜在本领域大力推广。

附图说明