[发明专利]一种中空对称的双阴极高温固态燃料电池堆

说明书

本发明提供了一种中空对称的双阴极高温固态燃料电池堆，包括电池结构单元、阴极集流板与阳极集流板。该电池堆在中空对称固体氧化物燃料电池中插入中空并且管壁设置孔洞的金属管，金属管口伸出阳极层，一方面增大了电池的阳极集流面积，另一方面将阳极两侧的电池密封转化为对金属管的密封，使密封容易；并且，在金属管中装入天然气重整用催化剂，通入天然气后可发生重整，使重整过程不再独立于电池反应，重整产生的气体可直接供应电池，电池反应产生的热量可直接供给重整，不仅省去了单独配备的重整设备以及换热设备，而且使燃料使用效率大幅度提高，减少了过程中的损耗。

技术领域

本发明涉及陶瓷电解质电池技术领域，尤其涉及一种具有内重整特性的中空对称结构双阴极固态燃料电池及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种可以直接将化学能转化为电能的能量转换装置。SOFC具有能量转化效率高，对环境友好等优点，因此受到了研究者们的广泛关注。目前，SOFC的商业化已成为世界研究的热门，美国bloom Energy公司研究生产了百千瓦级分布式发电系统，日本ToTo等公司研究生产了千瓦级的家用热电联产系统。

SOFC的基本结构包括多孔阳极，多孔阴极以及致密的电解质层。在阳极中通入燃料，同时在阴极通入氧化剂气体后，电解质和电极三相界面处会发生电化学反应产生电子，电子通过外电路形成回路，就会产生电能与热能。

申请号为CN201510104627.6的专利文献“一种平板型电极支撑的陶瓷电解质电池及其制备方法”提出将平板型电极支撑的陶瓷电解质电池的结构单元设计为以支撑电极层为中心的上下分布型，并且支撑电极层内部具有中空通道(或孔洞)，燃料气体与氧化剂气体分别自中空通道(或孔洞)以及平板上下两侧通入，通过电解质与电极形成氧化气体离子传导和外部电路的电子传导，形成放电回路。该结构易于制备，同时具有较高的机械强度，能在很大程度上缓解甚至解决SOFC的热应力破坏问题。但是，随着支撑电极厚度的增加，支撑电极的电阻会随之变大，而欧姆阻抗的增大降低了电池的能量转换效率。

另外，固体氧化物燃料电池能直接使用的燃料气体主要为还原性质的氢气、一氧化碳等气体，而实际生活中使用最多的燃料气体为煤气和天然气，目前天然气已逐步取代煤气成为主要的生活用气。天然气的主要成分为甲烷，以及少量的其他低碳类烷烃，不能直接用于燃料电池发电，必须先经过催化重整转化为氢气和一氧化碳后才能使用。因此，传统的固体氧化物燃料电池在使用天然气作为燃料气体时，必须另行设计制备相应的重整装置将天然气高温重整为氢气和一氧化碳，由于该电池结构决定重整过程无法在电池内部进行，重整装置与电池发电系统是分开的。同时，为充分利用燃料电池高温放热的特点还需要设计制备热回收系统，以提高燃料电池热电使用效率。整个发电系统加上重整装置以及热回收装置占地面积大，耗用成本高，且维护费用高。另外，发电系统产生的热还需要经过装置导出并转移，转移传输过程中热量会发生损耗，降低了燃料电池的热回收利用效率。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种高温固态燃料电池堆，其电池结构单元基于申请号CN201510104627.6的专利文献所述的中空上下分布的电极支撑型结构并对其进行改进，该电池堆具有天然气高温重整过程在电池结构单元内部进行，占用空间小、成本低，能源消耗少，能量转换效率高的优点。

本发明实现上述技术问题所采用的技术方案为：一种中空对称的双阴极高温固态燃料电池堆，包括电池结构单元、阴极集流板与阳极集流板；

所述的电池结构单元包括阳极层、电解质层以及阴极层；