[发明专利]一种直接氨燃料的SOFC与PEMFC联合系统

说明书

本发明公开了一种直接氨燃料的SOFC与PEMFC联合系统，属于燃料电池技术领域。该系统包括液氨罐、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池、燃烧器、冷凝器、除氨装置、换热器、汽化器、换热器Ⅰ、换热器Ⅱ和换热器Ⅲ。该系统的换热器利用SOFC阳极的高温尾气对氨气进行预热，通过燃烧器将未利用的氢气进行燃烧，为SOFC阴极的空气进行预热，实现了余热的回收利用和燃料的回收利用。该系统可以形成循环利用，具有能耗低、系统利用率高的优点。本发明将固体氧化物燃料电池与质子交换膜燃料电池结合起来，充分利用两种燃料电池的优势，以氨气为燃料可以实现零碳排放。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种直接氨燃料的SOFC与PEMFC联合系统。

背景技术

氢能一直以来被视为最理想的清洁能源，然而氢气的储运是制约其发展的痛点。氨同样作为一种无碳化合物，也可以作为清洁能源来替代化石燃料。氨在常压下零下33℃就能够实现液化，液氨的体积能量密度是液氢的2倍以上，普通液化气钢瓶即可储氨而储氢则需特殊材料，因此在储运方面氨的优势很大。氨作为氢气的替代性燃料，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。

固体氧化物氨燃料电池系统工作时排放物只有水和氮气，可以实现清洁发电。根据供氨方式的不同可以分为间接氨燃料电池和直接氨燃料电池，间接氨燃料电池通过外部重整器将氨燃料分解成氮气和氢气，利用其中的氢气作为燃料；直接氨燃料电池不经过外部重整，氨燃料直接进入燃料电池进行发电。在各种类型的燃料电池中，固体氧化物燃料电池与氨燃料具有较好的相容性，原因如下：第一，固体氧化物燃料电池的氧化锆基固体电解质在氨气氛围中稳定；第二，氨在常规的镍基阳极上可催化分解为氢气和氮气；第三，固体氧化物燃料电池属于高温燃料电池，电堆中的余热有利于氨分解的吸热反应。

现有的氨燃料电池系统采用外部或内部重整器对氨气进行重整，无论是外部还是内部重整器，都存在耗能大、增加了系统体积和成本等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在解决现有氨燃料电池中氨气重整模块能耗高的问题。为此，本发明提供了一种直接氨燃料的SOFC与PEMFC联合系统，氨气在800℃高温下的SOFC镍基阳极上可以分解为氮气和氢气，利用SOFC的高温余热和阳极的镍基催化剂可以实现氨气的重整。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明一方面提供一种直接氨燃料的SOFC与PEMFC联合系统，所述系统包括液氨罐、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池、燃烧器、冷凝器、除氨装置、换热器、汽化器、换热器Ⅰ、换热器Ⅱ和换热器Ⅲ；

所述液氨罐与汽化器的进口Ⅰ相连；

所述换热器Ⅰ的进口Ⅰ与汽化器的出口Ⅰ相连，换热器的出口Ⅰ与固体氧化物燃料电池的阳极进口相连，换热器Ⅰ的出口Ⅱ与汽化器的进口Ⅱ相连，换热器的进口Ⅱ与固体氧化物燃料电池的阳极出口相连；

所述换热器Ⅱ的进口Ⅰ与燃烧器的出口相连，换热器Ⅱ的进口Ⅱ通入空气，换热器Ⅱ的出口Ⅰ与固体氧化物燃料电池的阴极进口相连，换热器Ⅱ的出口Ⅱ用于排放废气；

所述燃烧器的进口分别与质子交换膜燃料电池的阳极出口和固体氧化物燃料电池的阴极出口相连；

所述换热器Ⅲ的进口与汽化器的出口Ⅱ相连，换热器Ⅲ的出口与冷凝器相连；

所述冷凝器依次与除氨装置、质子交换膜燃料电池的阳极进口相连；

所述质子交换膜燃料电池的阴极进口通入空气，质子交换膜燃料电池的阴极出口用于排放空气。

上述技术方案中，进一步地，所述系统还包括压力阀；所述液氨罐经压力阀与汽化器的进口Ⅰ相连。