一种基于固体氧化物电池的能量储存与转化系统技术方案

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。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。

Energy storage and conversion system based on solid oxide battery

Solid oxide fuel cell (SOFC) and solid oxide electrolysis cell (SOEC) solid oxide batteries (SOC) system, the SOFC mode power at the same time to produce water, water and hydrogen reaction of nano metal carrier, hydrogen supply and SOFC; in SOEC mode when using from the wind and solar battery the power of water electrolysis hydrogen, nano metal oxide reaction of hydrogen and water carrier, water supply and SOEC electrolysis. The metal and metal oxide as the transition material to make fuel recycling, to achieve the required frequent pass into the fuel and continue to be sealed, and avoid repeatedly loading fuel caused many impurities in battery damage phenomenon.

【技术实现步骤摘要】
一种基于固体氧化物电池的能量储存与转化系统
本专利技术属于能源利用
，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。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFC)是已专利技术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。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的有益效果是，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专利技术进一步说明。图1为现有SOFC及SOEC系统运行示意图。图2为本专利技术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为本专利技术实施例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专利技术，但本专利技术绝不局限于实施例。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-→O2-(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+O2-→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)此反应放出的氢气再与氧离子结合，完成(3)反应，继而完成(4)反应，(4)反应释放的氢气再进入(3)反应，如此不断循环下去，不断消耗铁粉的同时不断发电。即SOFC发电的同时生成水，水与载体上的金属铁反应生成氢气，氢气又供给SOFC工作；SOEC工作模式：水在风能和太阳能提供能量的情况下被电解。水在氢电极(阴极)从外电路得到电子被分解为H2和O2-，产生的H2从氢电极逸出：H2O+2e-→H2+O2-(5)O2-则通过电解质迁移至氧电极侧(阳极侧)，失去电子生成氧气。氧电极(阳极)：2O2-→O2+4e-(6)总反应为：H2O→H2+1/2O2(7)产生的氢气将氧化铁还原为铁，反应式如下：H2+Fe3O4→Fe+H2O(8)反应生成的水再进入(7)反应，生成的氢气再进入(8)反应，如此不断循环氧化铁还原成铁的同时进行储能。即使用太阳能和风电装置的电能将水电解制氢气，氢气与载体上的纳米氧化铁反应生成水，水又供给SOEC电解。需要说明的是，在本说明书的指导下，本领域技术人员所作出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于固体氧化物电池的能量储存与转化系统，所述系统包括：太阳能和风能电池，用于将太阳能风能转化为电能，并为用户和固体氧化物电解池供电；固体氧化物燃料电池和固体氧化物电解池组成的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。

【技术特征摘要】
1.一种基于固体氧化物电池的能量储存与转化系统，所述系统包括：太阳能和风能电池，用于将太阳能风能转化为电能，并为用户和固体氧化物电解池供电；固体氧化物燃料电池和固体氧化物电解池组成的SOC系统，在SOFC工作模式发电的同时生成水，水与载体上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志宾，王宇豪，张羽，韩敏芳，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11