專(zhuān)利名稱(chēng)：氣體流向受控的單腔體固體氧化物燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種構(gòu)型特殊的氣體流向受控的單腔體固體氧化物燃料電池。
背景技術(shù)：
單腔體燃料電池(SCFC)最初始的概念是由Eyraud等于1961年提出，它也被稱(chēng)為混合反應(yīng)物燃料電池。SCFC可以使用的電解質(zhì)種類(lèi)有很多，使用固體氧化物電解質(zhì)的 SC-S0FC是其中的一種。單腔體固體氧化物燃料電池(Single Chamber Solid Oxide Fuel Cell, SC-SOFC)是一種全新結(jié)構(gòu)的固體氧化物燃料電池，它是將燃料直接與氧化劑預(yù)混合， 使電池的陰陽(yáng)極同時(shí)暴露在同一氣腔中，與傳統(tǒng)的燃料電池相比這種構(gòu)型的電池具有更多的優(yōu)勢(shì)=SC-SOFC是以燃料-氧化劑混合氣同時(shí)作為陰極和陽(yáng)極的氣氛，作為阻隔陰陽(yáng)極氣氛的密封劑在這個(gè)電池系統(tǒng)中就可以省略，這樣操作過(guò)程中的密封劑與燃料電池組件之間熱膨脹系數(shù)不匹配的問(wèn)題也就不會(huì)存在，因此SC-SOFC可以勝任快速的升降溫過(guò)程，在便攜式能源利用領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用價(jià)值；對(duì)于SC-S0FC，由于氣室單一，最終只需一路氣源，同時(shí)電池的陰陽(yáng)極也可以在電解質(zhì)的同一面上，從而使得燃料電池的構(gòu)型和制備工藝可以大幅度的簡(jiǎn)化，降低制備成本?；谝陨蠋c(diǎn)，只要SC-SOFC的電池穩(wěn)定性得到解決， 就可以更方便的組裝電池堆；另外，邵等還發(fā)現(xiàn)以烷烴為燃料時(shí)在SC-SOFC的陽(yáng)極上修飾一層具有高活性的烴類(lèi)部分氧化催化劑，燃料電池就可以利用陽(yáng)極的催化放熱反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電池的溫度自維持；此外SC-SOFC的全固態(tài)結(jié)構(gòu)可以直接采用液態(tài)燃料如低碳醇、醚等，在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)SC-SOFC的微型化。但是目前SC-SOFC由于進(jìn)氣同時(shí)接觸陽(yáng)極與陰極，陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)生的CO、H2, CO2等氣體會(huì)毒化陰極且會(huì)降低陰極的氧分壓，存在開(kāi)路電壓較低、性能不夠穩(wěn)定以及面積放大后性能明顯下降等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的單腔體固體氧化物燃料電池中陽(yáng)極與陰極氣氛串氣，開(kāi)路電壓低、功率密度不高等問(wèn)題，而提出了一種以管式構(gòu)型為基礎(chǔ)的氣體流向受控的單腔體固體氧化物燃料電池。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種氣體流向受控的單腔體固體氧化物燃料電池，其特征在于由固體氧化物燃料電池I、外套管2和支撐管3組成，固體氧化物燃料電池I與支撐管 3上端連接在一起，并通過(guò)密封件4與外套管2組裝在一起；密封件4上有兩個(gè)孔，其中一個(gè)孔連通外界與外套管2內(nèi)部，作為氣體的入口 A或者出口 B 個(gè)孔在密封件4的中心， 用來(lái)固定支撐管3末端，支撐管3的末端伸出密封件4，作為氣體的出口 B或者入口 A ;固體氧化物燃料電池I呈現(xiàn)管狀，由陰極1-1、電解質(zhì)1-2、陽(yáng)極1-3三層組成；單腔體燃料電池的燃料-氧化氣的混合氣先經(jīng)過(guò)陰極再經(jīng)過(guò)陽(yáng)極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，混合氣體由氣體的入口 A進(jìn)入系統(tǒng)，由出口 B排出系統(tǒng)。
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優(yōu)選固體氧化物燃料電池I的構(gòu)型是陽(yáng)極支撐型、電解質(zhì)支撐型或陰極支撐型中的一種；其操作溫度為500 900°C。優(yōu)選所述的電解質(zhì)1-2為穩(wěn)定氧化鋯材料(如氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯，YSZ)、摻雜氧化鈰材料(如氧化釓摻雜的氧化鈰，GDC)、摻雜的鎵酸鑭(如鍶和鎂摻雜的鎵酸鑭，LSGM)、 摻雜的氧化鉍(氧化釔摻雜的氧化鉍，YSB)中的一種或任意幾種的結(jié)合，結(jié)合方式是混合或者是多層疊加；所述的陽(yáng)極1-3為電解質(zhì)1-2與Ni、Pt、Ag、Ru、Fe或Cu金屬單質(zhì)中的任意一種或者幾種的混合物，其中金屬單質(zhì)占混合物總質(zhì)量的10-90%。優(yōu)選所述的陰極1-1 為電解質(zhì) 1_2 與 La。. 8Sr。. 2Μη03、La。. 6Sr。. 4Co。. 2Fe。. 803、Ba。. 5Sr。. 5Co。. 8Fe。. 20、La2NiO4、PrBaCoO5、 Pt、Ag-Sm0 2Ce0^O1 9或Ag-Laa8Sra2MnO3中的任意一種或幾種的混合物,其中電解質(zhì)材料占混合物總質(zhì)量的10-90%。優(yōu)選所述的燃料-氧化氣混合氣由占混合氣體積分?jǐn)?shù)為O 80%的稀釋氣體、 占混合氣體積分?jǐn)?shù)為10-90%的燃料氣和占混合氣體積分?jǐn)?shù)為10-90%的氧化氣體組成； 其中所述的稀釋氣體為氮?dú)狻鍤饣蚝?；所述的燃料氣為烷烴、醇、天然氣或液化石油氣； 所述的氧化氣為空氣或氧氣。本發(fā)明所述的氣體流向受控的單腔體固體氧化物燃料電池的制備步驟為(I)單電池制備一種是管式的固體氧化物燃料電池，其制備方法是采用機(jī)械方法制備了電池支撐管，支撐管可以是陽(yáng)極或陰極材料，也可以是電解質(zhì)材料。在1000-1400°C的燒結(jié)過(guò)程后，再制備剩下的電解質(zhì)或電極，最終得到陽(yáng)極I電解質(zhì)I陰極結(jié)構(gòu)。單電池也可以是有片狀電池組成的管狀結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)的單電池制備方法，如干壓法、流延-噴涂方法等。使用適合的陶瓷膠將得到的單電池粘結(jié)在一起，組成管狀結(jié)構(gòu)。 單電池之間也可采用串聯(lián)、并聯(lián)方法連接在一起。(2)單腔體固體氧化物燃料電池組裝本發(fā)明的單電池的組裝采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，管狀的固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)一端密封于支撐管上，支撐管與燃料電池整體在密封于外套管中，整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口。(3)單腔體燃料電池運(yùn)行本發(fā)明的單電池運(yùn)行時(shí)，燃料氣-氧化氣按照一定的比例同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)，混合氣先經(jīng)過(guò)陰極，再經(jīng)過(guò)陽(yáng)極，最后排出。電池的操作溫度在500-900°C之間。本發(fā)明的單腔體固體氧化物燃料電池也可以通過(guò)串聯(lián)組成多個(gè)固體氧化物燃料電池的電池組，這樣可以增加固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的電壓。有益效果本發(fā)明的單腔體固體氧化物燃料電池具有特殊的結(jié)構(gòu)，即混合氣進(jìn)氣流向受到控制，先經(jīng)過(guò)陰極后陽(yáng)極，避免了陽(yáng)極與陰極之間的氣氛互相串氣。同時(shí)本發(fā)明的單腔體固體氧化物燃料電池具有高開(kāi)路電壓、高功率密度以及可便攜操作等優(yōu)點(diǎn)，適合作為便攜電源使用。


圖I為本發(fā)明中單電池(I)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1-1為陰極，1-2為電解質(zhì)，1-3為陽(yáng)極；圖2為本發(fā)明實(shí)施例I中流向受控的單腔體固體氧化物燃料電池的示意圖，其中 I為單電池，2為外套管，3為支撐管，4為密封件，A為進(jìn)氣口，B為出氣口。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中流向受控的單腔體固體氧化物燃料電池的示意圖，其中 I為單電池，2為外套管，3為支撐管，A為進(jìn)氣口，B為出氣口。圖4為本發(fā)明實(shí)施例9中的單電池測(cè)試后的截面形貌SEM圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例11中單電池組裝后的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所涉及的方法包含但并不局限于以下實(shí)施例中的材料。實(shí)施例I :將NiO和YSZ混合加水與粘結(jié)劑練泥，機(jī)械擠出成型得到陽(yáng)極支撐管， 支撐管經(jīng)過(guò)干燥后1100°c燒結(jié)。在陽(yáng)極支撐體表面通過(guò)噴涂方法制備一層YSZ電解質(zhì)薄膜，電解質(zhì)薄膜在1400°c燒結(jié)后得到半電池。在半電池表面噴涂制備一層LSM電極后燒結(jié) 1100°C，得到單電池。如圖2所示，固體氧化物燃料電池陰極表面涂上銀膠作為集流器，使用密封件(卡套)將固體氧化物燃料電池組裝于于外套管中，密封件卡套上開(kāi)有兩個(gè)孔，一個(gè)孔連通外界與外套管內(nèi)部，為進(jìn)氣口 A，一個(gè)孔用于固定支撐管末端，支撐管末端為出氣口 B，裝置置于管式爐中加熱至750°C。外接氣路時(shí)，氣體先過(guò)外管陰極，再經(jīng)過(guò)內(nèi)管陽(yáng)極， 先通入H2將陽(yáng)極還原，還原后Ni占陽(yáng)極質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40 %，再通入CH4和O2混合氣(體積比
3 I)便可以發(fā)電，750°C時(shí)單電池開(kāi)路電壓為O. 92V，單電池最大功率密度為214mW/cm2。實(shí)施例2 :將YSZ粉體加水與粘結(jié)劑練泥，機(jī)械擠出成型得到電解質(zhì)支撐管，支撐管經(jīng)過(guò)干燥后1400°C燒結(jié)。在電解質(zhì)支撐體表面通過(guò)噴涂方法制備一層陽(yáng)極NiO-YSZJH 極薄膜在1300°C燒結(jié)后得到半電池。在半電池內(nèi)表面噴涂制備一層LSM-YSZ (LSM的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%)電極后燒結(jié)1100°C，得到單電池。如圖3所示，固體氧化物燃料電池陰極表面涂上銀膠作為集流器，使用卡套(密封件)將固體氧化物燃料電池組裝于于外套管中，密封件卡套上開(kāi)有兩個(gè)孔，一個(gè)孔連通外界與外套管內(nèi)部，為出氣口 B，一個(gè)孔用于固定支撐管末端，支撐管末端為進(jìn)氣口 A，裝置置于管式爐中加熱至650°C。外接氣路時(shí)，氣體先經(jīng)過(guò)內(nèi)管陰極，再經(jīng)過(guò)外管陽(yáng)極，先通入H2將陽(yáng)極還原，還原后Ni占陽(yáng)極質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，再通入丙烯和空氣混合氣(體積比1.5 I)便可以發(fā)電，750°C時(shí)單電池開(kāi)路電壓為O. 98V，單電池最大功率密度為65mW/cm2。實(shí)施例3 :將SDC粉體加水與粘結(jié)劑練泥，機(jī)械擠出成型得到電解質(zhì)支撐管，支撐管經(jīng)過(guò)干燥后1400°C燒結(jié)。在電解質(zhì)支撐體內(nèi)表面通過(guò)噴涂方法制備一層NiO-SDC陽(yáng)極， 陽(yáng)極薄膜在1300°C燒結(jié)后得到半電池。在半電池外表面噴涂制備一層LSCF-SDC(LSCF的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%)電極后燒結(jié)1100°C，得到單電池。單電池陰極表面涂上銀膠作為集流器， 然后一頭封裝在石英管上，陽(yáng)極與陰極分別用銀線引出接線。使用卡套將固體氧化物燃料電池組裝于于外套管中，卡套上開(kāi)有兩個(gè)孔，一個(gè)孔連通外界與外套管內(nèi)部，為進(jìn)氣口 A，一個(gè)孔用于固定支撐管末端，支撐管末端為出氣口 B，裝置置于管式爐中加熱至800°C。外接氣路時(shí)，氣體先經(jīng)過(guò)外管陰極，再經(jīng)過(guò)內(nèi)管陽(yáng)極，先通入H2將陽(yáng)極還原，還原后Ni占陽(yáng)極質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，再通入CH4和O2和N2混合氣(體積比I : I : I)便可以發(fā)電，650°C時(shí)單電池開(kāi)路電壓為O. 95V，單電池最大功率密度為54mW/cm2。
實(shí)施例4 :將LSM粉體加水與粘結(jié)劑練泥，機(jī)械擠出成型得到陰極支撐管，支撐管經(jīng)過(guò)干燥后1100°c燒結(jié)。在LSM支撐體外表面通過(guò)噴涂方法制備一層YSZ電解質(zhì)薄膜，電解質(zhì)薄膜在1300°C燒結(jié)后得到半電池。在半電池外表面噴涂制備一層CuO-YSZ陽(yáng)極后燒結(jié)1300°C，得到單電池。單電池陰極表面涂上銀膠作為集流器，然后一頭封裝在石英管上， 陽(yáng)極與陰極分別用銀線引出接線。使用卡套將固體氧化物燃料電池組裝于于外套管中，卡套上開(kāi)有兩個(gè)孔，一個(gè)孔連通外界與外套管內(nèi)部，為出氣口 B，一個(gè)孔用于固定支撐管末端， 支撐管末端為進(jìn)氣口 A，裝置置于管式爐中加再熱至750°C。外接氣路時(shí)，氣體先通入經(jīng)過(guò)內(nèi)管陰極，再經(jīng)過(guò)外管陽(yáng)極，先通入H2將陽(yáng)極還原，還原后Cu占陽(yáng)極質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，再通入CH4和O2混合氣(體積比2 I)便可以發(fā)電，800°C時(shí)單電池開(kāi)路電壓為O. 98V，單電池最大功率密度為326mW/cm2。實(shí)施例5 :將Fe2O3和YSZ混合加水與粘結(jié)劑練泥，機(jī)械擠出成型得到陽(yáng)極支撐管， 支撐管經(jīng)過(guò)干燥后1100°c燒結(jié)。在陽(yáng)極支撐體表面通過(guò)噴涂方法制備一層YSZ電解質(zhì)薄膜，電解質(zhì)薄膜在1400°c燒結(jié)后得到半電池。半電池在700°C加熱下用H2還原，還原后在半電池表面噴涂制備一層LSM-YSZ (LSM的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占35% )電極后在N2氣氛下燒結(jié)1100°C， 得到單電池。單電池陰極表面涂上銀膠作為集流器，然后一頭封裝在石英管上，陽(yáng)極與陰極分別用銀線引出接線。固體氧化物燃料電池在密封于石英套管中，置于管式爐中加熱至 750°C。外接氣路時(shí)，氣體先經(jīng)過(guò)外管燒結(jié)。在陽(yáng)極支撐體表面通過(guò)噴涂方法制備一層YSZ 電解質(zhì)薄膜，電解質(zhì)薄膜在1400°C燒結(jié)后得到半電池。半電池表面使用噴涂方法沉積一層 SDC電解質(zhì)厚再燒結(jié)1300°C。在SDC表面噴涂制備一層BSCF電極后燒結(jié)1000°C，得到單電池。單電池陰極表面涂上銀膠作為集流器，然后一頭封裝在石英管上，陽(yáng)極與陰極分別用銀線引出接線。單電池再密封于石英套管中，置于管式爐中加入750°C。外接氣路時(shí)，氣體先過(guò)外管陰極，再經(jīng)過(guò)內(nèi)管陽(yáng)極，先通入H2將陽(yáng)極還原，還原后Fe占陽(yáng)極質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，再通入CH4和O2混合氣(體積比2 I)便可以發(fā)電，750°C時(shí)單電池開(kāi)路電壓為O. 92V，單電池最大功率密度為362mW/cm2。實(shí)施例7 :將NiO和YSZ混合加水與粘結(jié)劑練泥，機(jī)械擠出成型得到陽(yáng)極支撐管， 支撐管經(jīng)過(guò)干燥后1100°c燒結(jié)。在陽(yáng)極支撐體表面通過(guò)噴涂方法制備一層YSZ電解質(zhì)薄膜，電解質(zhì)薄膜在1400°c燒結(jié)后得到半電池。半電池表面使用噴涂方法沉積一層SDC電解質(zhì)厚再燒結(jié)1300°C，制得的半電池在700°C的溫度下用氫氣還原，將陽(yáng)極的NiO還原成Ni， 還原后Ni占陽(yáng)極質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，。之后在SDC表面噴涂制備一層BSCF電極，最后N2氣氛下燒結(jié)1000°C，得到單電池。單電池陰極表面涂上銀膠作為集流器，然后一頭封裝在石英管上，陽(yáng)極與陰極分別用銀線引出接線。單電池再密封于石英套管中，置于管式爐中加熱至750°C。外接氣路時(shí)，氣體先經(jīng)過(guò)外管陰極，再經(jīng)過(guò)內(nèi)管陽(yáng)極，直接通入CH4和空氣混合氣 (體積比I : 2)便可以發(fā)電。實(shí)施例8 :將NiO和YSZ按照I : I混合加水與粘結(jié)劑練泥，機(jī)械擠出成型得到陽(yáng)極支撐管，支撐管經(jīng)過(guò)干燥后110(TC燒結(jié)。在陽(yáng)極支撐體表面通過(guò)噴涂方法制備一層YSZ 電解質(zhì)薄膜，電解質(zhì)薄膜在1400°c燒結(jié)后得到半電池。在半電池表面噴涂制備一層LSM電極后燒結(jié)1100°C，得到單電池。單電池陰極表面涂上銀膠作為集流器，然后一頭封裝在石英管上，陽(yáng)極與陰極分別用銀線引出接線。單電池再密封于石英套管中，置于管式爐中加熱至 850°C。外接氣路時(shí)，氣體先經(jīng)過(guò)外管陰極，再經(jīng)過(guò)內(nèi)管陽(yáng)極，陽(yáng)極進(jìn)氣端放置少量Ni-YSZ混合粉體作為甲烷-陽(yáng)極部分氧化的催化劑，再通入CH4和O2混合氣(體積比3 : I)便可以發(fā)電，700°C時(shí)單電池開(kāi)路電壓為O. 96V，單電池最大功率密度為457mW/cm2。實(shí)施例9 :將NiO和YSZ按照3 I混合加水與粘結(jié)劑練泥，機(jī)械擠出成型得到陽(yáng)極支撐管，支撐管經(jīng)過(guò)干燥后110(TC燒結(jié)。在陽(yáng)極支撐體表面通過(guò)噴涂方法制備一層YSZ 電解質(zhì)薄膜，電解質(zhì)薄膜在1400°c燒結(jié)后得到半電池。半電池表面使用噴涂方法沉積一層 SDC電解質(zhì)再燒結(jié)1300°C。在SDC表面噴涂制備一層BSCF電極后燒結(jié)1000°C，得到單電池。單電池陰極表面涂上銀膠作為集流器，然后一頭封裝在石英管上，陽(yáng)極與陰極分別用銀線引出接線。單電池再密封于石英套管中，置于管式爐中加熱至750°C。外接氣路時(shí)，氣體先經(jīng)過(guò)外管陰極，再經(jīng)過(guò)內(nèi)管陽(yáng)極，陽(yáng)極進(jìn)氣端放置少量Ni-YSZ混合粉體作為甲烷-陽(yáng)極部分氧化的催化劑，再通入液化石油氣、氬氣和O2混合氣(體積比2 I I)便可以發(fā)電， 750°C時(shí)單電池開(kāi)路電壓為O. 99V，單電池最大功率密度為423mW/cm2。單電池測(cè)試后的截面形貌SEM圖如圖4所示。實(shí)施例10 :將NiO和SDC混合加水與粘結(jié)劑練泥，機(jī)械擠出成型得到陽(yáng)極支撐管， 支撐管經(jīng)過(guò)干燥后1100°c燒結(jié)。在陽(yáng)極支撐體表面通過(guò)噴涂方法制備一層SDC電解質(zhì)薄膜，電解質(zhì)薄膜在1400°C燒結(jié)后得到半電池。半電池在700°C的溫度下用H2還原，還原后 Ni占陽(yáng)極質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，還原后在半電池表面噴涂制備一層BSCF電極，之后在N2氣氛下燒結(jié)1000°C，得到單電池。單電池陰極表面涂上銀膠作為集流器，然后一頭封裝在石英管上，陽(yáng)極與陰極分別用銀線引出接線。單電池再密封于石英套管中，置于管式爐中加熱至750°C。外接氣路時(shí)，氣體先經(jīng)過(guò)外管陰極，再經(jīng)過(guò)內(nèi)管陽(yáng)極，直接通入乙烯和空氣混合氣(體積比I : I)便可以發(fā)電，500°C時(shí)單電池開(kāi)路電壓為O. 98V，單電池最大功率密度為 54mff/cm2。實(shí)施例11 :結(jié)合圖5描述本案例，使用流延方法制備N(xiāo)iO-YSZ陽(yáng)極支撐體，支撐體經(jīng)過(guò)干燥后1100°c燒結(jié)。在陽(yáng)極支撐體表面通過(guò)噴涂方法制備一層YSZ電解質(zhì)薄膜，電解質(zhì)薄膜在1400°C燒結(jié)后得到半電池。在半電池表面噴涂制備一層LSM電極后燒結(jié)1100°C， 得到單電池。單電池陰極表面涂上銀膠作為集流器，并通過(guò)圖5中的方式將平板單電池密封在支撐管上，陽(yáng)極在內(nèi)部，陰極在外部，陽(yáng)極與陰極分別用銀線引出接線。單電池再密封于外套管中，置于管式爐中加熱至750°C。外接氣路時(shí)，氣體先經(jīng)過(guò)外部陰極，再經(jīng)過(guò)陽(yáng)極， 先通入H2將陽(yáng)極還原，還原后Ni占陽(yáng)極質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，在通入CH3OH和O2混合氣(體積比2 I)便可以發(fā)電，750°C時(shí)單電池開(kāi)路電壓為O. 88V，單電池最大功率密度為47mW/cm2。
權(quán)利要求
1.一種氣體流向受控的單腔體固體氧化物燃料電池，其特征在于由固體氧化物燃料電池(I)、外套管(2)和支撐管(3)組成，固體氧化物燃料電池(I)與支撐管(3)上端連接在一起，并通過(guò)密封件(4)與外套管(2)組裝在一起；密封件(4)上有兩個(gè)孔，其中一個(gè)孔連通外界與外套管(2)內(nèi)部，作為氣體的入口(A)或者出口(B)個(gè)孔在密封件(4)的中心， 用來(lái)固定支撐管(3)末端，支撐管(3)的末端伸出密封件(4)，作為氣體的出口(B)或者入口(A);固體氧化物燃料電池(I)呈現(xiàn)管狀，由陰極(1-1)、電解質(zhì)(1-2)、陽(yáng)極(1-3)三層組成；單腔體燃料電池的燃料-氧化氣的混合氣先經(jīng)過(guò)陰極再經(jīng)過(guò)陽(yáng)極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)， 混合氣體由氣體的入口(A)進(jìn)入系統(tǒng)，由出口(B)排出系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體流向受控的單腔體固體氧化物燃料電池，其特征在于固體氧化物燃料電池(I)的構(gòu)型是陽(yáng)極支撐型、電解質(zhì)支撐型或陰極支撐型中的一種；其操作溫度為500 900°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體流向受控的單腔體固體氧化物燃料電池，其特征在于所述的電解質(zhì)(1-2)為穩(wěn)定氧化鋯、摻雜氧化鈰或者摻雜鎵酸鑭中的任意一種或者任意幾種的結(jié)合，結(jié)合方式是混合或者是多層疊加。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體流向得到控制的單腔體固體氧化物燃料電池，其特征在于所述的陽(yáng)極(1-3)為電解質(zhì)(1-2)與Ni、Pt、Ag、Ru、Fe或Cu金屬單質(zhì)中的任意一種或者幾種的混合物,其中金屬單質(zhì)占混合物總質(zhì)量的10-90 %。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體流向得到控制的單腔體固體氧化物燃料電池，其特征在于所述的陰極(1-1)為電解質(zhì)(1-2)與 La0.8Sr0.2Mn03、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.803> Ba0 5Sr0.5Co0.8Fe0.20、La2NiO4、PrBaCoO5、Pt、Ag-Sm0 2Ce0.8(\ 9 或 Ag-La0 8Sr0.2Mn03 中的任意一種或幾種的混合物,其中電解質(zhì)材料占混合物總質(zhì)量的10-90%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體流向得到控制的單腔體固體氧化物燃料電池，其特征在于所述的燃料-氧化氣混合氣由占混合氣體積分?jǐn)?shù)為O 80%的稀釋氣體、占混合氣體積分?jǐn)?shù)為10-90%的燃料氣和占混合氣體積分?jǐn)?shù)為10-90%的氧化氣組成；其中所述的稀釋氣體為氮?dú)?、氬氣或氦氣；所述的燃料氣為烷烴、醇、天然氣或液化石油氣；所述的氧化氣為空氣或氧氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種構(gòu)型特殊的單腔體固體氧化物燃料電池，是一種燃料氣與氧化氣混合氣流向受控的單腔體固體氧化物燃料電池。本發(fā)明的固體氧化物燃料電池為管式固體氧化物燃料電池或由片狀固體氧化物燃料電池組成的管狀結(jié)構(gòu)燃料電池，主體由固體氧化物燃料電池(1)、支撐管(3)、外套管(2)組成，燃料-氧化氣的混合氣進(jìn)入反應(yīng)器，先經(jīng)過(guò)燃料電池的陰極(1-1)，再經(jīng)過(guò)固體氧化物燃料電池的陽(yáng)極(1-3)，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電。本發(fā)明的燃料電池開(kāi)路電壓和功率密度高，反應(yīng)器體積小，工作溫度在500～900℃之間，適合作為便攜式電源使用。
文檔編號(hào)H01M8/02GK102610841SQ20121008540
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者冉然, 時(shí)煥崗, 李超, 楊廣明, 楊斌斌, 邵宗平 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)