[发明专利]一种用于船舶电力系统的氧化物燃料电池结构

说明书

本发明公开了一种用于船舶电力系统的氧化物燃料电池结构，包括外壳、支撑体、供气管，支撑体位于外壳的内部，外壳与支撑体之间形成第一通道，支撑体为一端开口一端封闭的中空结构，供气管从支撑体的开口端插入并向支撑体的封闭端延伸，供气管的出口端与支撑体的封闭端之间留有间隙供气体流动，支撑体的内壁与供气管的外壁之间形成第二通道，支撑体的内壁上设有向内凸起的阵列单元，阵列单元沿第二通道延伸方向间隔排布，每个阵列单元由多个凸起结构沿第二通道的周向排列组成。本发明的用于船舶电力系统的氧化物燃料电池结构，提高了燃料电池的传质效率和反应速率，并保证了电池的稳定性。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种用于船舶电力系统的氧化物燃料电池结构

背景技术

船舶电力系统常用的电源装置是柴油发电机组和蓄电池组。柴油燃烧发电过程中产生大量温室气体、氮氧化物、硫氧化物和颗粒物不仅污染海上空气还会有泄露污染海水的风险。随着″双碳″目标的提出，加上近年来柴油价格的上涨，船舶行业亟需考虑使用清洁能源作为电力或动力来源。

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell简称SOFC)是燃料电池的一种，采用诸如掺杂氧化钇的氧化锆之类的固态氧化物作为电解质，可以直接利用由化石能源、生物质能转化得到的碳氢化合物气体作为燃料，经过外部或内部重整反应和电极内的电化学反应，将燃料的化学能转化为电能。因此SOFC应用于船舶动力及电力系统，具有以下优势：1)满足日益严格的污染物排放要求；2)燃料电池运行的安静性，低噪声对于军用舰艇，则能够大大提高其声隐身性能；3)布置空间更加灵活；4)对于能源的利用效率提升明显。公开号为CN110654520A的发明专利公开了一种采用燃料电池船舶直流组网系统和应用此系统的船舶，燃料电池组作为船舶主要动力装置，蓄电池组作为辅助供电装置与燃料电池组形成船舶直流组网。公开号为CN219008093U的实用新型则公开了一种船用混合动力系统及船舶，采用燃料电池单元与锂电池单元并联，用于产生直流电压通过直流配电板为动力单元和日用负载供电。此外还可以采用SOFC系统与燃气轮机结合，如图6所示，燃料电池与微型燃气轮机联合循环工作，燃气轮机压气机出来的压缩空气，经过燃料电池尾气余热利用换热器后进入燃料电池阴极反应，尾气补燃后进入燃气轮机透平做功。

管式固体氧化物燃料电池由于其独特的构型，启停速度很快，抗热冲击能力强，机械强度高，且高温密封容易，极具应用潜力，因此是固体氧化物燃料电池领域的研究热点。

目前的固体氧化物燃料电池技术主要存在以下问题：

1、稳定性差：固体氧化物燃料电池在运行过程中，由于温度和气氛变化等因素的影响，容易出现稳定性问题，影响电池的性能和寿命。

2、反应速率受到传质限制：一方面，在固体氧化物燃料电池中，燃料和氧气在电解质层内反应生成电子和离子。这些离子随后通过电解质层传输到另一侧，生成水和热能。由于电解质的高电阻率和低离子迁移率，离子传输的速率通常比电子传输的速率慢得多。因此，离子传输限制了反应速率，从而限制了固体氧化物燃料电池的性能和效率。另一方面，在边界层内，由于气体分子与电极表面的相互作用，气体分子的速度会减慢，从而形成一个缓慢的气体层，这个气体层中的质量传递速率变慢，导致反应速率变慢，限制了固体氧化物燃料电池的性能。

因此，固体氧化物燃料电池领域仍然需要进一步的研究和创新，以克服现有技术的缺陷和不足，提高电池的性能和应用范围。

发明内容

本发明针对背景技术中阐述的固体氧化物燃料电池存在的主要问题，提出了一种用于船舶电力系统的氧化物燃料电池结构，通过在流道中增加阵列单元改善了电池的稳定性并且提高了气体在近壁面处的传质效率，增加了固体氧化物燃料电池内部的气体与电极层之间的接触面积。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：