[发明专利]一种基于乙醇燃料的固体氧化物燃料电池发电系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于乙醇燃料的固体氧化物燃料电池发电系统及方法，该系统包括设有水浴加热系统的燃料储存加热仓、连通气管的风源、用于进行部分氧化重整反应的重整器、由管状固体氧化物燃料电池组成的电池堆以及与电池堆电性连接的功率转化器，燃料储存加热仓内填充有乙醇水混合液，气管伸入混合液底部，燃料储存加热仓内部通过第一管路与重整器入口连通，重整器出口通过第二管路与电池堆内的阳极气道连通，重整器的阴极气道与外部空气相通，电池堆向外输出直流电并经功率转化器转化后向外加负载供电运行；其能够直接将乙醇的化学能转化为电能，不受卡诺循环效率限制，发电效率高，发电过程无噪音，便携环保且燃料利用率高。

技术领域

本发明涉及乙醇利用领域，具体涉及一种基于乙醇燃料的固体氧化物燃料电池发电系统及方法。

背景技术

随着经济社会发展与能源短缺、环境污染等之间的矛盾日益突出，燃料电池作为一种能量密度高且污染小的绿色电源逐渐走进我们的生活。传统电池如锂离子电池，锌空气电池充电时间长，能量密度低，寿命短，污染环境，且不能满足便携式电子产品发展的要求，因此，研究便携式小型燃料电池对生态环境和生活诸多领域具有重要意义。由于小型燃料电池功率较小，要求整个燃料电池系统紧凑，所以对小型燃料电池系统的结构设计更具有挑战性，对于小功率燃料电池,最主要的要求是轻巧和能量密度高,但是小型燃料电池与电器集成兼容性差，除了满足输出高功率密度之外,如何将燃料电池堆与燃料装置能量单元有机整合形成小型电源是目前需要解决的难题，如何提高燃料电池的电性能也是最受关注的问题之一。

固体氧化物燃料电池是一种全固态清洁高效的能量转化装置，可将燃料中的化学能直接转化为电能，发电效率高(大于50％)，不产生氮氧化物等气体污染物和噪音污染，对比锂电，锌电，铅酸电池等具有更高的能量效率，更高的比能量，无需长时间充电，能源清洁，无污染，质量轻体积小，被称为最有希望的新能源材料之一。与其他类型的燃料电池相比，还不需要贵金属作为催化剂，无渗透腐蚀等优点，特别是可直接以碳氢化合物如天然气、水煤气、生物质气等为燃料，从而避免了氢气作为单一燃料来源带来的储存、运输困难和安全及成本要求高等问题。生物质作为一种可再生能源，是煤炭、石油、天然气等的理想替代能源，可缓解化石能源短缺和环境污染等问题。而乙醇作为生物质的一种，具有能量密度高、环境友好、资源丰富、可再生等优点。因此，乙醇燃料与管状固体氧化物燃料电池的结合可实现小型燃料电源电池的构建，是一种理想的绿色能源。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种基于乙醇燃料的固体氧化物燃料电池发电系统及方法，其直接将乙醇的化学能转化为电能，不受卡诺循环效率限制，发电效率高，发电过程无噪音，便携环保且燃料利用率高。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种基于乙醇燃料的固体氧化物燃料电池发电系统，包括设有水浴加热系统的燃料储存加热仓、连通气管的风源、用于进行部分氧化重整反应的重整器、由管状固体氧化物燃料电池组成的电池堆以及与电池堆电性连接的功率转化器，所述燃料储存加热仓内填充有乙醇和水的混合液，所述气管穿过燃料储存加热仓上端盖伸入混合液底部，所述燃料储存加热仓内部还通过第一管路与重整器入口连通，所述重整器出口通过第二管路与电池堆内的阳极气道连通，所述重整器的阴极气道与外部空气相通，所述电池堆向外输出直流电并经功率转化器转化后向外加负载供电运行。

优选地，所述电池堆包括5-10根并联布置的单电池管，所述电池堆的运行温度为650℃～800℃之间。

优选地，所述电池堆内管状固体氧化物燃料电池的支撑阳极为NiO-YSZ，支撑阳极层厚度500-2000μm；电解质为YSZ，电解质厚度为10-20μm；支撑阴极为LSCF-GDC，支撑阴极厚度为40-50μm；管状固体氧化物燃料电池的长度≥100mm，外径≥8mm。

本发明还提供一种基于乙醇燃料的固体氧化物燃料电池发电方法，具体包括以下步骤：