[发明专利]直接使用丙烷燃料的固体氧化物燃料电池及其应用

权利要求书

1.一种使用丙烷的固体氧化物燃料电池，其特征在于：包括致密电解质、多孔阴极、多孔阳极、多孔催化剂和管式电池导管；致密电解质为一端封闭的锥管状结构，致密电解质的管内壁设有多孔阳极，外壁设有多孔阴极；管式电池导管一端与致密电解质开口端连接，连接处设有密封材料，另一端设有胶塞；气体导管从胶塞伸入管式电池导管和致密电解质的促进积碳反应的多孔催化剂中；尾气出气管从胶塞伸入电池导管中；丙烷入口和尾气出口分别设在气体导管和尾气出气管进口端和出口端；所述多孔催化剂铁、钴或镍，或者是所述多孔催化剂为铁、钴和镍中任意一种的氧化物粉体；

所述固体氧化物燃料电池应用时，先从丙烷入口经气体导管向电池阳极室通入丙烷燃料，丙烷到达阳极室后，经由促进积碳反应的多孔催化剂初步催化形成阳极反应气体，在多孔阳极发生电化学氧化，与从多孔阴极发生还原反应、并经由致密电解质传递过来的氧离子结合。

2.根据权利要求1所述的使用丙烷的固体氧化物燃料电池，其特征在于：所述的多孔阴极和多孔阳极都采用银粉与钆或钐掺杂的氧化铈的复合材料制成；其中，银粉占混合粉体质量的45％～70％；采用涂刷或喷涂法将复合材料所制备的浆料涂在电解质管支撑体的内壁和外壁，在600-880℃下空气中烧结2-4h形成。

3.根据权利要求1所述的使用丙烷的固体氧化物燃料电池，其特征在于：所述的致密电解质的材料为钇稳定化的氧化锆；采用注浆成型法或浸渍法制备的锥管式生坯，在1400-1600℃下空气中烧结3-4h形成。

4.根据权利要求1所述的使用丙烷的固体氧化物燃料电池，其特征在于：所述的铁、钴和镍中任意一种的氧化物粉体由铁、钴和镍对应硝酸盐混合甘氨酸，溶解搅拌加热至自燃，通过燃烧法来得到。

5.根据权利要求1所述的使用丙烷的固体氧化物燃料电池，其特征在于：所述的密封材料为DAD-87银导电胶。

6.根据权利要求1所述的使用丙烷的固体氧化物燃料电池，其特征在于：所述的电池导管、气体导管和尾气出气管都为耐高温抗氧化材料所制成的管。

7.根据权利要求6所述的使用丙烷的固体氧化物燃料电池，其特征在于：所述的电池导管、气体导管和尾气出气管都为石英管或者陶瓷管。

8.根据权利要求1所述的使用丙烷的固体氧化物燃料电池，其特征在于：所述的多孔阴极距离电解质管支撑体管状的开口端3mm以上。

9.应用权利要求1-8任一项所述固体氧化物燃料电池的使用丙烷燃料的方法，其特征在于，先从丙烷入口经气体导管向电池阳极室通入丙烷燃料，丙烷到达阳极室后，经由促进积碳反应的多孔催化剂初步催化形成阳极反应气体，在多孔阳极发生电化学氧化，与从多孔阴极发生还原反应、并经由致密电解质传递过来的氧离子结合；同时，电化学反应产物及未发生反应的丙烷在促进积碳反应的多孔催化剂表面发生积碳反应形成积碳；阳极产物气体从管式电池导管穿过，经由尾气出气管，从尾气出口排出；持续1-10min后，停止通气；电池以促进积碳催化剂上的积碳为燃料，进入DC-SOFC工作模式，积碳在促进积碳反应催化剂的催化下发生Bouduard反应生成CO，CO与从多孔阴极发生还原反应、并经由致密电解质传递过来的氧离子结合，生成CO₂并持续释放出电能，所生成CO₂尾气已不含有能量，经由尾气出气管从尾气出口排出；当积碳接近消耗完时，重复上述通气过程继续通气，循环上述过程工作，实现丙烷燃料的直接、高效利用。