[发明专利]一种可逆固体氧化物电池系统及氢氧制备方法

权利要求书

1.可逆固体氧化物电池系统，其特征在于：包括SOEC与SOFC两部分，每部分均包括电池本体、加热单元、物质储存与运输单元；

SOEC与SOFC的电池本体均包括依次设置的燃料极流道、燃料极电极、电解质、空气极电极、空气极流道，以及对燃料极电极和空气极电极供电的电源；

SOEC与SOFC的加热单元均包括燃料极加热器和空气极加热器；

SOEC与SOFC共用一个物质供应与储存单元，包括储氧罐、储水罐和储氢罐，储氧罐通过SOFC的空气极加热器连接SOFC的空气极流道入口，对该空气极流道供氧，储氧罐还与SOFC、SOEC的空气极流道出口连接；储水罐与SOEC的燃料极加热器、空气极加热器连接，储水罐流出的水经过加热后形成水蒸气进入SOEC的燃料极流道、空气极流道，储水罐与SOEC的燃料极流道、空气极流道出口，以及SOFC燃料极流道的出口连接；储氢罐通过SOFC的燃料极加热器连接SOFC的燃料极流道入口，储氢罐还与SOFC、SOEC的燃料极流道出口连接。

2.根据权利要求1所述的可逆固体氧化物电池系统，其特征在于：所述SOEC部分工作时，燃料极流道和空气极流道都通入水蒸气，系统处于电解模式。

3.根据权利要求2所述的可逆固体氧化物电池系统，其特征在于：燃料极流道和空气极流道通入的水蒸气的流量均为50-500mL/min。

4.根据权利要求1所述的可逆固体氧化物电池系统，其特征在于：所述SOFC部分工作时，燃料极流道通入氢气，空气极流道通入氧气，系统处于燃料电池模式。

5.根据权利要求4所述的可逆固体氧化物电池系统，其特征在于：氢气和氧气的流量均为50-500mL/min。

6.根据权利要求1所述的可逆固体氧化物电池系统，其特征在于：所述燃料极加热器和空气极加热器均设有内管段和外壳流道，内管段和外壳流道相互隔离且彼此换热，内管段设有加热模块；SOEC和SOFC的燃料极流道、空气极流道入口均与相应加热器的内管段连接，SOEC和SOFC的燃料极流道、空气极流道出口均与相应加热器的外壳流道连接后，再与相应的储氧罐或储水罐或储氢罐连接。

7.根据权利要求1所述的可逆固体氧化物电池，其特征在于：所述燃料极电极所采用的材料为Ni-YSZ，所述电解质为钇稳定氧化锆/钐掺杂氧化铈双层电解质，所述空气极电极所采用的材料为镧锶钴铁氧体材料。

8.根据权利要求1所述的可逆固体氧化物电池，其特征在于：所述电池本体的反应温度为600～1000℃。

9.根据权利要求1所述的可逆固体氧化物电池，其特征在于：所述电池本体为管状电池。

10.一种基于权利要求1～9任一项可逆固体氧化物电池的氢氧制备方法，其特征在于，该方法包括：

(1)在可再生能源所产电能富余的条件下，向SOEC部分的燃料极流道和空气极流道都通入水蒸气，促进电解反应正向进行，降低产氢电压，系统处于电解模式，

燃料极电极(阴极)：H₂O+2e^-→H₂+O^2-；

空气极电极(阳极)：O^2--2e^-→0.5O₂；

水在燃料极电极被还原成氢气，同时产生O^2-，O^2-通过电解质运输到空气极电极，在空气极电极被氧化产生氧气，生成的氧气被由空气极流道入口通入的水蒸汽吹扫携带流出；

(2)在可再生能源所发电能不足的条件下，向SOFC部分的空气极流道通入纯氧替代空气，促进燃料电池内电化学反应正向进行，系统处于燃料电池模式；

燃料极电极(阳极)：H₂+O^2-→H₂O；

空气极电极(阴极)：0.5O₂→O^2-；

氧气在空气极电极被还原成O^2-，产生的O^2-通过电解质运输到燃料极电极，与燃料极氢气结合，发生氧化反应生成水。