纯化固体氧化物电池的气流的方法和系统技术方案

在实施方式中，本发明专利技术提供了纯化在电解和燃料电池两种模式下运行的固体氧化物电池的入口气流的方法，所述固体氧化物电池至少包含第一电极、电解质和第二电极，所述方法包括下列步骤：-在所述固体氧化物电池的第一电极的入口侧的所述气流中设置至少一个气涤器；和/或在所述固体氧化物电池的第二电极的入口侧的所述气流中设置至少一个气涤器；和-纯化流向所述第一和第二电极的气流；其中，所述在第一电极的入口侧的所述气流中的至少一个气涤器和/或在第二电极的入口侧的所述气流中的至少一个气涤器包含适合作为电解质材料的材料和适合作为电极材料的材料，并且其中所述适合作为电解质材料的材料和适合作为电极材料的材料形成与用所述至少一个气涤器纯化的气流要应用的电极的三相界面相似或相同的三相界面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及纯化固体氧化物电池的入口气流的方法和系统。更具体而言，本专利技术涉及通过去除可能毒害固体氧化物电池(SOCs)中的晶界和反应电极位点的杂质来纯化通入到固体氧化物电池的电极中的气流的方法和系统。本专利技术还涉及气涤器用于纯化通入固体氧化物电池的电极中的气流的用途。
技术介绍
在高级电催化系统中，如在固体氧化物电池中所发现的，表面化学在运行过程中起到了显著的作用，并且杂质/添加物在各个表面上的存在对该装置的整体性能和耐久性具有较大的影响。作为电催化系统实例的固体氧化物电池通常包括设计用于不同应用的多种电池， 例如固体氧化物燃料电池(SOFCs)、固体氧化物电解池(SOECs)或隔膜。由于它们共同的基本结构，包括夹在两个电极层(即阳极层和阴极层)之间的电解质层作为基本组件，因此，可以设计相同的电池以用在SOFC应用和SOEC应用中。因此，SOC是固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池的上位术语，其基本上是在两种模式(作为SOFC和作为S0EC)下能够可逆工作的同一电池。在SOFC模式下，燃料被进料到电池中并转化为电力，而在SOEC模式下，施加电カ以产生燃料，如图I和2中所示。这些电池因此被称为“可逆”SOCs。在电解模式下运行时，例如，在电极上发生下列反应CO2 阴极 _>C0 阴极+1/202 阳极H2O 酿->H2 酿 +1/202 阳极和CO 卩日极 +1/202 酿 ~>C02 阳极H2 阳极+1/20 2阴极 ->h2。阳极在图I中，图示说明了下列混合物的电池电压vs电流密度曲线45%C02、45%H20和10%H2; 70%C02 和 30%C0;50%C02 和 50%C0;以及 50%H20 和 50%H2。在固体氧化物电池运行中，在起到阴极作用的电极处由所提供的含氧气体(例如空气、02、CO2或H2O)形成氧离子，其迁移通过电解质层在起到阳极作用的电极层与所提供的气体化合。但是，实际上的电化学活性区域被限制在多孔电极中的反应电极位点(所谓的三相界面)上，在这里，电解质材料、气体和起到催化剂作用的电极材料(阳极或阴极)同时存在。在进料到各个电极的气体中包含的各种杂质的存在在运行过程中会不利地导致下列问题由于位于晶界中导致的导电性的降低，由于阻塞三相界面导致的催化活性的降低，以及由于界面的弱化、热应カ和可能相变甚至会导致装置分层。因此，在杂质与电池组件接触之前必须将杂质从入口气体中去除。天然存在于碳质材料中的其他有害污染物包括含硫、氯、磷以及进ー步的NH3的物种和碱性大分子。但是，由于所述纯化装置需要不同的过滤装置，这些有害物种的去除是需要能量和空间的，并且成本是非常高的。含硫物种(最主要的是H2S和COS)的去除通常通过用碱性溶液进行湿法洗涤来进行。因为应用于固体氧化物电池的进料气流可能含有CO2作为反应物，因此对这些气流有特殊的要求，并且仅可以应用选择性吸附/吸附。适合的吸附剂为包括Car50ppm)、Mn ( 5ppm)、Fe ( lppm)、Ni (〈O. Ippm)、Cu (〈lppm)、Zn (〈O. 3ppm)的成分，其中括号中是可以实现的在纯化后的气流中的H2S最终浓度。但是这些吸附剂中的大部分都不能再生，并且必须在使用后丢掉。氯和磷的去除工艺包括两种通用方法，即干法和湿法工艺。在干法工艺中，用吸附剂除去杂质，而在湿法工艺中，用气涤溶液去除杂质。对于干法去除，市售的是两种类型的吸附剂，通常基于钠或钙氧化物，使用其可以将杂质浓度减少至小于lppm。湿法气涤工艺通常基于碱性水溶液。不利地是，湿法气涤不仅会除去氯和磷，而且会去除其他成分，例如C02。因为应用于SOCs的进料气流可能含有作为反应物的CO2,因此，湿法气涤不适合用于清洁用于SOCs的气流。因为在气体进入固体氧化物电池之前必须除去多种杂质，因此，不利的是，对于每 种杂质都需要不同的纯化步骤，因为不能够仅用一种纯化工艺就可靠地去除所有的杂质，这是成本非常高且非常费力的。此外，现有技术仅仅关注于在入口气体中存在的已知主要杂质。但是，到目前为止，对包含在入口气体中的其他杂质所知非常少，这些杂质会未过滤地进入电池中,但是会导致电极中毒，由此缩短电池的寿命。EP-A-1231663公开了和能量转换装置一起使用的捕获装置，其包括一个捕获系统，其中从气流中去除特殊物质和杂质，例如硫以及其他未知的杂质。考虑到上述问题，为了以更成本有效的方式改善装置的整体性能，因而强烈地需求减少在晶界和反应电极位点处的杂质量。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是提供通过去除可能毒害固体氧化物电池中的晶界和反应电极位点的杂质来纯化通入固体氧化物电池的电极中的气流的方法和系统。专利技术简述 在实施方式中，本专利技术提供了纯化固体氧化物电池的气流的方法，所述固体氧化物电池至少包含第一电极、电解质和第二电极，所述方法包括下列步骤-在所述固体氧化物电池的第一电极的入口侧的所述气流中设置至少一个气涤器；和/或在所述固体氧化物电池的第二电极的入口侧的所述气流中设置至少一个气涤器；和-纯化流向所述第一和第二电极的气流；其中，所述在第一电极的入口侧的所述气流中的至少一个气涤器和/或在第二电极的入口侧的所述气流中的至少一个气涤器包含适合作为电解质材料的材料和适合作为电极材料的材料。更具体而言，在实施方式中，本专利技术提供了纯化固体氧化物电池的气流的方法，所述固体氧化物电池至少包含第一电极、电解质和第二电极，所述方法包括下列步骤-在所述固体氧化物电池的第一电极的入口侧的所述气流中设置至少一个气涤器；和/或在所述固体氧化物电池的第二电极的入口侧的所述气流中设置至少ー个气涤器；和-纯化流向所述第一和第二电极的气流；其中，所述在第一电极的入口侧的所述气流中的至少ー个气涤器和/或在第二电极的入口侧的所述气流中的至少ー个气涤器包含适合作为电解质材料的材料和适合作为电极材料的材料，并且其中所述适合作为电解质材料的材料和适合作为电极材料的材料形成与用所述至少一个气涤器纯化的气流要应用的电极的三相界面相似或相同的三相界面。本专利技术进一歩提供纯化固体氧化物电池的气流的系统，其包括-固体氧化物电池，其包括-第一电极； -电解质；和-第二电极；-通向所述第一电极的气体入口；-通向所述第二电极的气体入口；-包括位于所述第一电极的气体入口中的至少ー个气涤器的纯化装置；和/或包括位于所述第二电极的气体入口中的至少ー个气涤器的纯化装置；其中，所述在第一电极的入口侧的所述气流中的至少ー个气涤器和/或在第二电极的入口侧的所述气流中的至少ー个气涤器包含适合作为电解质材料的材料和适合作为电极材料的材料。更具体而言，本专利技术进一歩提供纯化固体氧化物电池的气流的系统，其包括-固体氧化物电池，其包括-第一电极；-电解质；和-第二电极；-通向所述第一电极的气体入口；-通向所述第二电极的气体入口；-包括位于所述第一电极的气体入口中的至少ー个气涤器的纯化装置；和/或包括位于所述第二电极的气体入口中的至少ー个气涤器的纯化装置；其中，所述在第一电极的入口侧的所述气流中的至少ー个气涤器和/或在第二电极的入口侧的所述气流中的至少ー个气涤器包含适合作为电解质材料的材料和适合作为电极材料的材料。此外，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏内·D·埃贝森，莫恩斯·比耶尔格·莫恩森，
申请(专利权)人：丹麦科技大学，
类型：发明
国别省市：