[发明专利]一种固体氧化物氨燃料电池

说明书

本发明公开一种固体氧化物氨燃料电池，包括壳体，还包括，供氨气管，燃料电池部件和空气通道。本发明在供氨气管内放入氨分解催化剂，氨气在氨分解催化剂层分解吸热，产生3:1的氢氮混合气，在较低温度下具有更好的电化学性能。本发明燃料气体及空气发生电化学反应后放热，同时尾气经过补燃后放热，在去除尾气中剩余的氨气同时，预热待反应的氨气和空气，促进电化学反应，实现温度的自维持，无需外热源，仅通过换热即可保证电池的稳定运行。

技术领域

本发明涉及固体燃料电池技术领域，具体涉及一种固体氧化物氨燃料电池。

背景技术

固体氧化物氨燃料电池(SOFC)是一种全新的固态能量转换装置，通过高温电化学反应，将储存在燃料中的化学能转换为电能，其具有高效率、无污染、全固态结构和对多种燃料气体的广泛适应性等特点；同时，与风能、太阳能等可再生能源相比，固体氧化物氨燃料电池不受地域环境的限制，具有更强的可靠性和适应性。

固体氧化物氨燃料电池如今主要研究方向有平板式和管式两种，其中平板式固体氧化物氨燃料电池体积功率密度较高，适合作为大型分布式电站，而管式固体氧化物氨燃料电池具有启动时间快及抗热震性能好的优点，适合作为便携式电源。

氨气是固体氧化物氨燃料电池的可选燃料之一，其含氢量可达17.6wt％，具有易液化、能量密度高、无碳排放、安全性高、燃料成本低等优势，仅需2MPa即可将氨液化为体积能量密度高达13MJ·L^-1的液体，高出压缩储氢3～4倍。现有技术中氨气仅依靠阳极Ni^-离子导体电极催化分解，在600℃以下其氨分解活性显著下降，电化学性能降低，从而使得发电效率降低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中氨气在600℃以下分解性能显著下降，电化学性能降低的缺陷，从而提供一种管式固体氧化物氨燃料电池。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种固体氧化物氨燃料电池，包括壳体，还包括：

供氨气管，沿所述壳体的轴向方向设置于所述壳体内，所述供氨气管内填充氨分解催化剂以形成氨分解催化剂层；

燃料电池部件，包括具有开口端的电池本体，所述电池本体具有适于所述供氨气管从所述开口端插入所述电池本体内部的内腔，沿远离所述内腔的方向上，所述电池本体依次包括阳极层、电解质层和阴极层，以使氨气从所述供氨气管的出口端进入所述内腔并与所述阳极层接触；

空气通道，设置于所述壳体内，以向所述壳体内供空气并使空气与所述阴极层接触。

优选地，所述供氨气管的出口端靠近所述内腔的底部设置；

所述空气通道靠近所述壳体内壁设置，且所述空气通道的出气口设置于所述壳体底部，以使空气在上升过程中与所述阴极层接触；

所述电池本体的形状为管状。

优选地，所述固体氧化物氨燃料电池为阳极支撑型，所述阳极支撑型中电解质层厚度为10-30μm；阳极层厚度为300-1000μm；所述阴极层厚度为10-50μm；

或者，所述固体氧化物氨燃料电池为电解质支撑型，所述电解质支撑型中电解质层厚度为300-1000μm；阳极层厚度为10-50μm；所述阴极层厚度为10-50μm。

优选地，所述壳体内部设置水平隔板，以将所述壳体内部自上而下分割为燃烧室和反应室，所述水平隔板上开设若干可供所述反应室内的尾气进入所述燃烧室的通孔，所述燃烧室内设置燃烧器，用于燃烧外加燃料和/所述尾气中的可燃成分。

优选地，所述燃料电池部件设置于所述反应室内；

所述供氨气管贯穿所述水平隔板，依次包括位于所述反应室内的第一供氨气管和位于所述燃烧室内的第二供氨气管。