[发明专利]一种电气共产固体氧化物燃料电池堆

说明书

本发明公开一种电气共产固体氧化物燃料电池堆，燃料从燃料入口管通入，依次经过若干装有碳粉的废气反应腔后由尾气出口管排出，本发明在燃料流动方向设计多层废气反应腔且其过滤网间距依次增大，利用产物水和CO2与固体碳反应生成CO和H2，使燃料入口和出口的浓度差降低。还在尾气出口管间设置第二碳仓，将尾气中残余的水及CO2通过反应转化为CO和H2，既可供电堆再利用，也可供其他设备作燃料用，实现电气共产并提高装置效率。本发明基于以上设计可解决SOFC电堆中产物水和CO2对燃料稀释造成的电池性能差问题。

技术领域

本发明属于燃料电池技术，具体涉及一种电气共产固体氧化物燃料电池堆。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种可以在高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效清洁地转化为电能的全固态化学发电装置，具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，因而成为现在新能源的研究热点。

SOFC一般采用碳氢气体作为燃料，空气作为氧化剂，空气中的氧气在阴极被还原成氧离子，通过电解质到达阳极与燃料结合放出电子并生成水，电子通过外电路流过负载输出电能后到达阴极，如此循环往复就可以不断发电。

在实际SOFC中，燃料源源不断的供给，从燃料入口到反应位置存在浓度差，导致浓差极化。这就会造成电池入口侧的燃料浓度较高，出口的燃料浓度较小，流动路径上产物水和CO₂浓度上升，产物在一定程度上对燃料稀释，使得电池各位置反应不均匀，电池性能下降。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种电气共产固体氧化物燃料电池堆，本发明的电池堆内部加入了碳层，使得电池堆内部生成的水蒸气与碳反应转化为CO和H₂，而CO也是SOFC的燃料，经过反应最终生成CO₂，CO₂又会在高温下与碳发生Boudouard反应(C+CO₂＝2CO)，很大程度上在电池堆内部补充燃料，使燃料流动路径前后的燃料浓度差降低，电池各位置的反应速率趋于一致，从而提高电池性能，延长电池寿命。

技术方案：本发明的一种电气共产固体氧化物燃料电池堆，包括密封盖、管式SOFC电池组和若干废气反应腔；所述密封盖包覆于管式SOFC电池组四周，且管式SOFC电池组中各个SOFC单电池的两端均伸出密封盖(使得空气能够由一端通入，经反应后再由另一端排出)；所述各个废气反应腔间隔竖直立于管式SOFC电池组中，每个废气反应腔均包括两片过滤网、通气管、多级过滤片；两片过滤网均竖直布置并相隔对应间距，过滤网上开设若干第一孔洞供各个SOFC单电池插入穿过，过滤网上还开设若干第二孔洞供通气管插入穿过，每相邻两个通气管之间均安装多级过滤片；其中，管式SOFC电池组顶部的密封盖上两侧分别设有若干燃料入口管和若干尾气出口管，各个废气反应腔顶部通过补碳腔连通于碳仓，而通气管的使用可以充分地连通各个废气反应腔。

尾气出口管整体呈L型，实用过程中，尾气先通过尾气出口管上垂直的出口管，进入碳仓，进入碳仓后的尾气再通过碳仓流通进入尾气出口管上水平的出口管，即尾气出口管上垂直和水平的出口管之间不连通。

进一步的，所述管式SOFC电池组包括若干层SOFC单电池层，每一层SOFC单电池层包括若干个并排放置的SOFC单电池，各个SOFC单电池的两端均由内到外依次包括阴极、电解质和阳极，且阴极部分最长，阳极部分最短；其每个SOFC单电池两端的阴极均伸出密封盖。