[实用新型]一种基于固体氧化物电池的能量储存与转化系统

说明书

技术领域

本实用新型属于能源利用技术领域，涉及一种基于固体氧化物电池的能量储存与转化系统，尤其是涉及一种通过金属及金属氧化物转化，从而实现固体氧化物电池能量储存与转化的系统。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是已发明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。

风能和太阳能是可再生的清洁能源，是煤炭、石油、天然气等化石能源的有效替代，但是由于风能和太阳能具有随机性，风力机组和太阳能电池板所输出电功率的频率、电压均随风速及光辐射量而变，发电量不稳定。现有技术提出使用SOEC将风能和太阳能转化为稳定的化学能储存，再利用SOFC使化学能转化为电能输出的工作模式，以此改良由于风能和太阳能的不稳定性而导致难以利用的现况。

但是在现有技术中SOFC及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，并且SOFC不断通入燃料(H₂、CH₄等)在阳极反应，存在不能完全密封以及燃料杂质等问题，易造成燃料电池故障损坏。如燃料中常见的杂质硫，若其含量达1％则SOFC无法正常运行。

由此可见，现有技术有待于进一步的改进。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于固体氧化物电池的能量储存与转化系统，从而实现SOFC及SOEC系统耦合，减少运行成本，增加使用寿命。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)组成的固体氧化物电池(SOC)系统，在SOFC工作模式发电的同时生成水，水与载体上的纳米金属反应生成氢气，氢气又供给SOFC工作；在SOEC工作模式时利用来自所述太阳能风能电池的电能将水电解制氢气，氢气与载体上的纳米金属氧化物反应生成水，水又供给SOEC电解。

本实用新型的有益效果是，采用金属及金属氧化物作为中间转换物质使燃料进行循环再生，以达到毋须频繁通入燃料和持续可密封的目的，同时避免因多次载入燃料而导致诸多杂质以损坏电池的现象。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

图1为现有SOFC及SOEC系统运行示意图。

图2为本实用新型所述通过金属及金属氧化物转化的SOFC及SOEC系统运行示意图。

图3为本实用新型实施例1所述通过金属铁及氧化铁转化的SOFC及SOEC系统运行示意图。

具体实施方式

下面以实施例的方式进一步详细的解释本实用新型，但本实用新型绝不局限于实施例。

固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)组成的固体氧化物电池(SOC)系统。

SOFC工作模式：

阴极侧空气中的氧气通过电解质还原为氧离子。

1/2O₂+2e^-→O^2- (1)

在阳极通入略过量的氢气，密封，氧离子透过电解质进入阳极与氢气结合生成水，并向外电路释放出电子，达到发电的目的。

H₂+O^2-→H₂O+2e^- (2)

总反应为：

H₂+1/2O₂→H₂O (3)

由于铁粉未完全反应，生成的水再与铁粉在一定条件下继续反应生成氧化铁并释放出氢气。

Fe+H₂O→Fe₃O₄+H₂ (4)