[發明專利]一種溫差電池和燃料電池的級聯復合發電裝置

無效

• 申請號: 200810059364.1
• 申請日: 2008-01-25
• 公開（公告）號: CN101237061A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 趙新兵;朱鐵軍;韓敏芳;劉洪權
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M16/00;H01L35/00;H01L37/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及燃料電池與溫差電池聯用復合發電裝置。

背景技術

能源緊缺問題已為世界廣泛關注，發展新型高效能源轉換技術是目前各國關注的一個焦點。熱電材料能將熱能直接轉換成電能，具有結構簡單，無需維護，無運動部件，環境友好等顯著優點。盡管目前由熱電材料制成的溫差電發電裝置的轉換效率仍比較低，但其在余熱廢熱發電和移動分散式熱源利用等方面有難以替代的優勢。余熱廢熱約占世界被產生能量的2/3，若能將此部分熱量再利用于發電，可產生顯著的經濟效益，同時也可增加能源的利用率，具有顯著的社會效益。而燃料電池能將存儲在燃料中的化學能直接轉換成電能，由于不受卡諾循環的限制，通常轉換效率在50％以上，被認為是21世紀首選的發電技術。固體氧化物燃料電池因對燃料要求低，結構相對簡單，適用于大規模發電等優點而日益收到重視。固體氧化物燃料電池通常工作在600℃以上的溫度，因此會產生大量的余熱廢熱。若能將此部分熱量合理利用，則可進一步提高發電效率和燃料利用率。

與傳統的固體氧化物燃料電池相比，單室固體氧化物燃料電池由于采用單室結構，電池反應器只需一路氣源，從而使電池構型相對簡單。更重要的是，單室固體氧化物燃料電池的電解質、陰極和陽極位于同一反應室內，反應室的外壁是與電解質燒結成一體的氧化物支撐，因此可以將溫差發電模塊與單室固體氧化物燃料電池直接級聯組合，利用燃料反應室的高溫余熱復合發電，提高燃料利用率和綜合發電效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種能有效提高燃料利用率的溫差電池和燃料電池的級聯復合發電裝置。

本發明的溫差電池和燃料電池的級聯復合發電裝置，其特征是由封裝在殼體內的n個依次緊挨疊置的復合發電模塊組成，n為正整數，每個復合發電模塊包括兩個溫差電池和一個嵌于兩溫差電池之間的單室固體氧化物燃料電池，各復合發電模塊間設有金屬導熱板，四面有隔熱體，隔熱體上設有與單室固體氧化物燃料電池反應室連通的氣體管道，隔熱體外有與金屬導熱板連接的金屬散熱片。

本發明中采用的單室固體氧化物燃料電池包含兩片相互平行的固體氧化物電解質板形成的反應室，燃料電池的陰極和陽極交替排列固定在反應室內的電解質板上。燃料電池的電解質板可采用氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)、氧化鈰等氧離子導體氧化物材料。陽極材料可選用金屬鉑、鎳、鎳+氧化釔穩定氧化鋯(Ni+YSZ)、鎳+釤摻雜的氧化鈰(Ni+SDC)或鎳+釓摻雜的氧化鈰(Ni+GDC)，陰極可以是La_0.8Sr_0.2MnO_3-δ(LSM)、Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ(SSC)、La_0.8Sr_0.2Co_0.2Fe_0.8O_3-δ(LSCF)等。

本發明中采用的溫差電池包含兩片相互平行的陶瓷支撐片和位于陶瓷片間的交替排列串聯連接的P型和N型熱電材料。溫差電池中的熱電材料可選擇填充型方鈷礦結構CoSb₃基化合物熱電材料、碲化鉛(PbTe)基熱電材料或者AgSbTe₂-GeTe固溶體(TAGS合金)熱電材料。

單室固體氧化物燃料電池工作時，在流量計控制下，分別將燃料儲備器中的燃料和空氣泵入燃料電池的反應室。混合氣體中的氧在陰極被電催化還原成氧離子與電子空穴，氧離子通過電解質層向陽極擴散。同時，混合氣在陽極表面陽極催化劑的作用下發生部分氧化反應生成合成氣，生成的合成氣在電極催化劑的進一步作用下與陰極擴散過來的氧離子進行電化學反應生成水、二氧化碳和電子。由于陰陽極的催化活性具有選擇性，導致了在陰陽兩極產生了不同的氧分壓，從而產生電壓差。當通過導線將陰極、陽極與外部負載構成回路后，陽極處合成氣氧化時釋放的電子將經外電路向陰極傳輸并在陰極表面與電子空穴結合，從而實現對外部負載的電功率輸出。