一种流化床催化电极氨直接燃料电池系统技术方案

本发明专利技术提供一种流化床催化电极氨直接燃料电池系统。本申请将固体氧化物燃料电池的温度维持在适宜范围，通过燃料控制模块稳定向固体氧化物燃料电池的阳极输送燃料气而向容纳有阴极颗粒的管状流化床仓阴极输送空气，通过空气气流带动阴极颗粒往复地碰撞管状流化床仓，更新电极表面电荷及温度分布，进而以阴极颗粒表面代替传统平面作为反应场所，增大电极反应界面，提升电池单元的功率密度；阴极颗粒在流化床内的无规则运动能够使电极表面不断更新，提高电极传热和传质效率，大大减小传统固体电极结构因温度不均而产生的热应力。本发明专利技术解决了燃料电池中阳极过氧化和功率密度低的技术难点，提高了装置的能量转化效率，具有模块化设计、易放大等优势。易放大等优势。易放大等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种流化床催化电极氨直接燃料电池系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体而言涉及一种流化床催化电极氨直接燃料电池系统。

技术介绍

[0002]进入21世纪以来，传统化石燃料面临着即将枯竭的风险，同时带来的环境污染问题也日益严重，因此寻找一种能够替代化石能源的新型能源成为当务之急。在众多的候选中，氢能凭借着绿色环保和燃烧热值高等优势备受人们青睐，有望成为未来社会的重要能源载体。但是，氢能的安全性和储运问题成为氢能利用技术中的关键障碍，因此有必要寻找一种安全可行的氢载体。与氢相比，氨具有体积能量密度高(3.5 kWh
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‑1)、氢含量高(17.7 wt%)、易于液化、可燃范围狭窄等优势，而且配套的储运技术和基础设施成熟，是一种极为安全有效的氢气储存形式。
[0003]传统能源的转化的方式以火力发电为主，受卡诺循环限制，其发电效率只达到40%左右。燃料电池被认为是继水力发电、热能发电和原子能发电后的第四种发电技术，具备发电效率高、燃料范围广等特点，在实际应用中的发电效率可达到50%
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70%；在使用氨气等清洁能源时可实现产物的零污染，具有广阔的应用前景。
[0004]目前氨燃料电池仍未大规模应用于具有重要市场前景的分布式能源领域，其主要原因之一是传统的氨燃料电池缺乏合理的结构设计，导致燃料电池的输出特性、环保性和安全性均难以满足实际应用需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术的不足，提供一种流化床催化电极氨直接燃料电池系统，本专利技术通过催化电极和流化床电极解决了燃料电池中阳极过氧化和功率密度低的技术难点，提高了装置的能量转化效率，本专利技术还具有可模块化、易放大等良好优点。
[0006]本专利技术具体采用如下技术方案。
[0007]首先，为实现上述目的，提出一种流化床催化电极氨直接燃料电池系统，其特征在于，包括：加热模块，其包括马弗炉，用于加热固体氧化物燃料电池结构，将固体氧化物燃料电池的温度维持在700
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800℃之间；燃料控制模块，其用于稳定向固体氧化物燃料电池的阳极输送燃料气；电池模块，其包括若干个串联输出供电的固体氧化物燃料电池，每一个所述固体氧化物燃料电池均分别包括设置在中心的阳极以及包围在阳极外周的阴极，各固体氧化物燃料电池的阳极均通过燃料气管道连接燃料控制模块以接收燃料气，各固体氧化物燃料电池的阴极均通过空气母管接收空气，并且，各所述固体氧化物燃料电池的阴极还分别形成容纳有阴极颗粒的管状流化床仓，阴极颗粒由空气母管所输入的气流带动碰撞管状流化床仓，更新电极表面电荷及温度分布。
[0008]上述的流化床催化电极氨直接燃料电池系统，其特征在于，所述加热模块包括：马弗炉，其在固体氧化物燃料电池启动过程中，接收外部电源供电，以升温加热固体氧化物燃料电池；而在固体氧化物燃料电池输出供电后直接接收固体氧化物燃料电池所产生的电能，维持固体氧化物燃料电池的温度；温度传感器组件，其设置在固体氧化物燃料电池的管状流化床仓外，位于固体氧化物燃料电池轴向的中间位置，紧贴阴极管壁；温度控制器组件，其连接温度传感器组件和马弗炉，用于根据温度传感器组件所检测到的温度调节马弗炉的供电电流，将固体氧化物燃料电池的温度维持在700
‑
800℃之间。
[0009]可选的，上述的流化床催化电极氨直接燃料电池系统中，所述温度传感器组件包括但不限于：K分度镍铬
‑‑
镍硅热电偶。
[0010]上述的流化床催化电极氨直接燃料电池系统，其特征在于，所述燃料控制模块包括：燃料气管道（2），其包括燃料气母管以及连接在燃料气母管与各固体氧化物燃料电池之间的燃料气连接管，燃料气母管与燃料气连接管连通以向各固体氧化物燃料电池稳定输出燃料气；流量计，其连接在燃料气管道（2）中，用于检测燃料气的流量；安全阀，其连接在燃料气管道（2）中，用于调节燃料气的流量；燃料气供应装置，其包括储气罐，储气罐内存储有燃料气，用于向燃料气管道（2）输出燃料气；空气泵，其通过空气母管连接至各固体氧化物燃料电池，用于向各固体氧化物燃料电池稳定泵入空气；气体回收处理装置，其连接各固体氧化物燃料电池阳极的气体出口，接收并回收各固体氧化物燃料电池运行过程中的气体产物。
[0011]可选的，上述的流化床催化电极氨直接燃料电池系统中，所述燃料气包括但不限于氢气、甲烷等碳燃料、氨气中的任意一种。
[0012]上述的流化床催化电极氨直接燃料电池系统，其特征在于，所述燃料气供应装置还包括：风能制氨模块或太阳能制氨模块，用于制取氨气，并将制取获得的氨气加压液化存储在储气罐中，以通过燃料气管道（2）供给至各固体氧化物燃料电池。
[0013]上述的流化床催化电极氨直接燃料电池系统，其特征在于，每一个所述固体氧化物燃料电池中：所述阳极为中空的阳极管，其底部连接燃料气管道，其顶部连接气体回收处理装置；所述阴极包括：管状阴极层，其包围设置在阳极管的外周，所述管状阴极层的内壁与阳极管的外壁之间隔离设置有电解质层；管状流化床仓，其包围在管状阴极层的外周，所述管状流化床仓的顶部与底部分别与管状阴极层的外壁密封连接，管状流化床仓的内壁与管状阴极层的外壁之间形成有容纳阴极颗粒的管状腔体，管状流化床仓的底部设置有空气侧入口，管状流化床仓通过空气侧入口的气流管道连接空气母管，阴极颗粒由空气母管所输入的气流自下而上吹动而碰撞管状腔体内壁。
[0014]可选的，上述的流化床催化电极氨直接燃料电池系统中，所述阳极管的内侧表面涂覆有银浆形成阳极集流层；所述管状阴极层的外侧表面涂覆有银浆形成阴极集流层；所述电解质层为烧结固定并一体连接在管状阴极层与阳极管之间的氧化钇和/或氧化锆材料。
[0015]上述的流化床催化电极氨直接燃料电池系统，其特征在于，所述管状流化床仓的顶部设置有空气侧出口，其通过排气管道排出管状腔体内气体；各固体氧化物燃料电池的空气侧入口之间通过气流管道并联至空气母管，各固体氧化物燃料电池的阳极管底部通过燃料气连接管并联至燃料气母管，各固体氧化物燃料电池的阳极管顶部通过回收管路并联
至气体回收处理装置，各固体氧化物燃料电池的空气侧出口之间通过排气管并联连接至马弗炉外侧；所述气流管道、燃料气连接管、阳极管顶部或排气管上任选设置有独立阀门以调节各气体管路通断。
[0016]上述的流化床催化电极氨直接燃料电池系统，所述固体氧化物燃料电池的外侧还设置有底部隔热层，所述底部隔热层完全覆盖阳极管底部、空气侧入口以及管状流化床仓的底部；所述固体氧化物燃料电池的空气侧出口以及阳极管顶部均位于马弗炉加热范围之外。
[0017]有益效果1、本专利技术利用加热模块将固体氧化物燃料电池的温度维持在适宜范围，通过燃料控制模块稳定向固体氧化物燃料电池的阳极输送燃料气而向容纳有阴极颗粒的管状流化床仓阴极输送空气，通过空气气流带动阴极颗粒往复地碰撞管状流化床仓，更新电极表面电荷及温度分布。本申请以阴极颗粒表面代替传统平面作为反应场所，增大了电极反应界面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种流化床催化电极氨直接燃料电池系统，其特征在于，包括：加热模块，其包括马弗炉，用于加热固体氧化物燃料电池结构，将固体氧化物燃料电池的温度维持在700
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800℃之间；燃料控制模块，其用于稳定向固体氧化物燃料电池的阳极输送燃料气；电池模块，其包括若干个串联输出供电的固体氧化物燃料电池，每一个所述固体氧化物燃料电池均分别包括设置在中心的阳极以及包围在阳极外周的阴极，各固体氧化物燃料电池的阳极均通过燃料气管道连接燃料控制模块以接收燃料气，各固体氧化物燃料电池的阴极均通过空气母管接收空气，并且，各所述固体氧化物燃料电池的阴极还分别形成容纳有阴极颗粒的管状流化床仓，阴极颗粒由空气母管所输入的气流带动碰撞管状流化床仓，更新电极表面电荷及温度分布。2.如权利要求1所述的流化床催化电极氨直接燃料电池系统，其特征在于，所述加热模块包括：马弗炉，其在固体氧化物燃料电池启动过程中，接收外部电源供电，以升温加热固体氧化物燃料电池；而在固体氧化物燃料电池输出供电后直接接收固体氧化物燃料电池所产生的电能，维持固体氧化物燃料电池的温度；温度传感器组件，其设置在固体氧化物燃料电池的管状流化床仓外，位于固体氧化物燃料电池轴向的中间位置，紧贴阴极管壁；温度控制器组件，其连接温度传感器组件和马弗炉，用于根据温度传感器组件所检测到的温度调节马弗炉的供电电流，将固体氧化物燃料电池的温度维持在700
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800℃之间。3.如权利要求2所述的流化床催化电极氨直接燃料电池系统，其特征在于，所述温度传感器组件包括但不限于：K分度镍铬
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镍硅热电偶。4.如权利要求1所述的流化床催化电极氨直接燃料电池系统，其特征在于，所述燃料控制模块包括：燃料气管道（2），其包括燃料气母管以及连接在燃料气母管与各固体氧化物燃料电池之间的燃料气连接管，燃料气母管与燃料气连接管连通以向各固体氧化物燃料电池稳定输出燃料气；流量计，其连接在燃料气管道（2）中，用于检测燃料气的流量；安全阀，其连接在燃料气管道（2）中，用于调节燃料气的流量；燃料气供应装置，其包括储气罐，储气罐内存储有燃料气，用于向燃料气管道（2）输出燃料气；空气泵，其通过空气母管连接至各固体氧化物燃料电池，用于向各固体氧化物燃料电池稳定泵入空气；气体回收处理装置，其连接各固体氧化物燃料电池阳极的气体出口，接收并回收各固体氧化物燃料电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晗俊，肖睿，巩峰，邱宇，付恩康，杨琰鑫，卢怀畅，吴子瞻，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：