一种混合型固体氧化物电解电堆的电池单元结构和电堆制造技术

本发明专利技术公开了一种混合型固体氧化物电解电堆的电池单元结构，该电池单元结构包括氢气流道、氧气流道以及水蒸气反应腔；所述水蒸气反应腔的一侧与所述氢气流道通过质子导体电解质电池分隔开；所述水蒸气反应腔的另一侧与所述氧气流道通过氧离子导体电解质电池分隔开；所述水蒸气反应腔内填充有多孔电子导体，所述多孔电子导体连接质子导体电解质电池的正极侧与氧离子导体电解质电池的负极侧；所述质子导体电解质电池用于将所述水蒸气反应腔的水蒸气转化为质子并在氢气流道内生成氢气；所述氧离子导体电解质电池用于将所述水蒸气反应腔的水蒸气转化为氧离子并在氧气流道内生成氧气。生成氧气。生成氧气。

【技术实现步骤摘要】
一种混合型固体氧化物电解电堆的电池单元结构和电堆


[0001]本专利技术涉及固体氧化物电解池领域，具体涉及一种混合型固体氧化物电解电堆的电池单元结构和电堆。

技术介绍

[0002]随着可再生能源占比越来越大，大规模长周期的储能技术需求变得十分紧迫。其中，固体氧化物电解池具有最高的电解效率，是未来的新一代竞争技术。电解所得到的氧气可以用于富氧燃烧，氢气可以作为氢能燃料电池汽车的燃料，亦可以作为化工原料生产合成氨、甲醇、甲烷等燃料，对碳减排的实现有着非常重要的意义。
[0003]传统的固体氧化物电解池(Solid Oxide electrolysis Cell，简称SOEC)使用氧离子导体或者质子导体电解质的电池。当使用氧离子导体时可以得到纯氧，但氢气与水蒸气混合；使用质子导体时可以得到纯氢，但氧气与水蒸气混合。由于水蒸气与电解产物中的一种(氢气或者氧气)混合，因此，在电解到一定程度后必须将反应气体导出电堆并进行冷凝分离，以便获得纯净的产物。以上过程导致电堆的蒸汽利用率偏低，产物不纯，系统结构复杂，制造成本高。

技术实现思路

...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合型固体氧化物电解电堆的电池单元结构，其特征在于，该电池单元结构(000)包括氢气流道(100)、氧气流道(200)以及水蒸气反应腔(300)；所述水蒸气反应腔(300)的一侧与所述氢气流道(100)通过质子导体电解质电池(400)分隔开；所述水蒸气反应腔(300)的另一侧与所述氧气流道(200)通过氧离子导体电解质电池(500)分隔开；所述水蒸气反应腔(300)内填充有多孔电子导体(600)，所述多孔电子导体(600)连接质子导体电解质电池(400)的正极侧(410)与氧离子导体电解质电池(500)的负极侧(510)；所述质子导体电解质电池(400)用于将所述水蒸气反应腔(300)的水蒸气转化为质子并在氢气流道(100)内生成氢气；所述氧离子导体电解质电池(500)用于将所述水蒸气反应腔(300)的水蒸气转化为氧离子并在氧气流道(200)内生成氧气。2.根据权利要求1所述的一种混合型固体氧化物电解电堆的电池单元结构，其特征在于，所述水蒸气反应腔(300)包括绝缘支撑框架(700)、质子导体电解质电池(400)的正极侧(410)以及氧离子导体电解质电池(500)的负极侧(510)。3.根据权利要求2所述的一种混合型固体氧化物电解电堆的电池单元结构，其特征在于，还包括导电连接板(800)，所述导电连接板(800)包括第一导电连接面(810)和第二导电连接面(820)，所述第一导电连接面(810)与所述质子导体电解质电池(400)的负极侧(420)连接形成所述氢气流道(100)；所述第二导电连接面(820)与所述氧离子导体电解质电池(500)的正极侧(520)连接形成所述氧气流道(200)。4.根据权利要求3所述的一种混合型固体氧化物电解电堆的电池单元结构，其特征在于，所述第一导电连接面(810)与所述绝缘支撑框架(700)靠近所述质子导体电解质电池(400)的端面(710)密封连接，所述第二导电连接面(820)与所述绝缘支撑框架(700)靠近所述氧离子导体电解质电池(500)的端面(720)密封连接；还包括分别都贯穿第一导电连接面(810)、绝缘支撑框架(700)以及第二导电连接面(820)的水蒸气进气通槽(910)、氢气出气通槽(920)以及氧气出气通槽(930)，所述水蒸气进气通槽(910)连通水蒸气反应腔(300)；所述氢气出气通槽(920)连通氢气流道(100)；所述氧气出气通槽(930)连通氧气流道(200)。5.根据权利要求4所述的一种混合型固体氧化物电解电堆的电池单元结构，其特征在于，所述绝缘支撑框架(700)呈长方形，所述水蒸气进气通槽(910)、所述氢气出气通槽(920)和氧气出气通槽(930)呈长条状，所述氢气出气通槽(920)和氧气出气通槽(930)分别邻近所述绝缘支撑框架(700)相对的两侧窄边并且沿所述绝缘支撑框架(700)的窄边方向延伸；所述水蒸气进气通槽(910)邻近所述绝缘支撑框架(700)的一侧长边并且沿所述绝缘支撑框架(700)的长边方向延伸。6.根据权利要求1所述的一种混合型固体氧化物电解电堆的电池单元结构，其特征在于，所述质子导体电解质电池(400)的质子导体电解质选自BaZr1‑
x1
‑
y1
‑
z1
Ce
x
M1
y1
M2
z1
O3‑
δ1
，其中，M1和M2分别包括选自Y
3+
、Yb
3+
和Sc
3+
中的一种，x1的取值范围为0＜x1＜1，y1的取值范围为0≤y1＜1，z1的取值范围为0≤z1＜1，且x1+y1+z1＜1，δ1的取值范围为0＜δ1＜0.5；所述质子导体电解质电池(400)的负极为由所述质子导体电解质与Ni结合构成的金属陶瓷；所述质子导体电解质电池(400)的正极选自钙钛矿结构的氧离子
–
质子
–
电子三元混合导体PrBa
0.5
Sr
0.5
Co2O5–
BaZr
0.1
Ce
0.7
Y
0.2
O3‑
δ9
，δ9的取值范围为0＜δ9＜0.5；所述氧离子导体电解质电池(500)的氧离子导体电解质包括选自Y稳定氧化锆、Sc稳定
氧化锆、Gd掺杂的氧化铈、Sm掺杂的氧化铈和La1‑
x2
Sr
x2
Ga1‑
y2
Mg
y2
O3‑
δ2
的一种，x2的取值范围为0＜x2＜1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王绍荣，史彩霞，孙宁，
申请(专利权)人：徐州普罗顿氢能储能产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：