[发明专利]一种可逆固体氧化物电池系统及氢氧制备方法

说明书

本发明涉及电池技术领域，具体为一种可逆固体氧化物电池系统，优化系统的产氢与发电性能，提高能量转换效率，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。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体为一种可逆固体氧化物电池系统，以及基于该系统的氢氧制备方法。

背景技术

随着风电、光伏发电等可再生能源装机容量的提升，其波动性给电网安全与能源供需平衡带来了巨大的挑战，氢能作为一种理想的二次能源，可使得瞬时的电能大规模转化成可长期储存的化学能的形式，打破电能网络与其他能源网络的壁垒，实现不同能源间的互通有无。因此氢能是未来最有希望取代传统化石能源的能源载体。

可逆固体氧化物电池系统(ReversibleSolidOxideCell，RSOC)可实现电氢能源系统中异质能源的灵活互动，具有广阔的发展空间，它由固体氧化物电解池(solidoxideelectrolysiscell，SOEC)和固体氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell，SOFC)两种模式组成。

其中，相比于其他电解水制氢方式，固体氧化物电解池，具有全固态、能效高、反应动力学快、灵活性强，潜力大的优点。基本配气方式通常是向燃料极通入水和氢气的混合物(水的摩尔分数一般占90～100％)，空气极通入空气。不加回热系统的SOEC制氢效率在70～90％范围内，产氢所需电压在1.5-3V范围内。

固体氧化物燃料电池是一种能在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。相比于其他类型的燃料电池，固体氧化物燃料电池有着全固态结构、反应动力学优异、无需贵金属催化剂、燃料灵活性高等不可替代的优点。得益于较高的工作温度(600～1000℃)和灵活的催化剂选用，SOFC不仅可以使用H₂作为燃料来源，还可以使用CO、CH₄、NH₃、煤炭、生物质、废弃有机物等多种物质作为燃料。SOFC以氢气为燃料的基本配气方式通常是向燃料极通入湿润的氢气(水的摩尔分数约占3％左右)，向空气极通入空气，系统的能量转换效率在50-70％范围。

为促进可逆固体氧化物电池系统的进一步发展，同时为氢能产业提供大规模、低成本的氢气源，提高RSOC系统的能量转换效率、扩大产氢规模成为重要目标，但它常常受到电池内反应动力学、气体运输、运行安全性、制氢速率等方面因素的限制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术中的不足，提供一种可逆固体氧化物电池系统，以及氢氧制备方法，优化系统的产氢与发电性能，提高能量转换效率。

本发明采用的技术方案如下：

可逆固体氧化物电池系统，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；