[發(fā)明專利]一種直接碳固體氧化物燃料電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910192848.8
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN101694883A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉江;唐玉寶;隋靜
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M4/86;H01M4/88;B01J23/745;B01J23/75;B01J23/755;B01J23/72
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池，特別是涉及一種直接碳固體氧化物燃料電池，具體是涉及一種使 用固體氧化物燃料電池技術(shù)將碳電化學(xué)氣化、同時發(fā)電的技術(shù)。

背景技術(shù)

我國富煤貧油的能源結(jié)構(gòu)、環(huán)保對燃料的約束和國家能源供應(yīng)安全等因素使我國在今 后相當(dāng)長一段時間的能源還將以煤炭為主。因此，如何高效、清潔地使用煤炭已經(jīng)成為各 方面的關(guān)注重點。

燃料電池技術(shù)是一種將燃料的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。其理論 效率為燃料中的吉布斯自由能Δ_fG與燃料所蘊含的化學(xué)能(焓)Δ_fH之比。直接以碳為燃料 的燃料電池的理論效率接近100％，其最終的產(chǎn)物氣體CO₂純度高，方便集中處理和利用。 碳可以通過對煤炭進(jìn)行簡單加工處理而得到。因此，直接使用碳作燃料的燃料電池(Direct Carbon?Fuel?Cell，DCFC)技術(shù)是一種高效、清潔使用煤的新技術(shù)。

目前DCFC按電解質(zhì)材料的不同主要分為三類：熔融氫氧化物DCFC、熔融碳酸鹽 DCFC和固體氧化物DCFC。前兩種DCFC已研究得較多，但它們都存在著由于使用高溫 液態(tài)電解質(zhì)而帶來的腐蝕性強(qiáng)、對材料要求苛刻等問題，氫氧化物電解質(zhì)還容易與產(chǎn)物CO₂發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致電解質(zhì)失效。由于碳燃料是固態(tài)的，因此在應(yīng)用于全固態(tài)的固體氧化物燃 料電池(SOFC)時，可能存在碳燃料的傳質(zhì)問題，即難以將C連續(xù)不斷地運送到反應(yīng)三相 界(TPB，電解質(zhì)/電極界/燃料)。可將固體氧化物燃料電池技術(shù)與熔融碳酸鹽燃料電池技 術(shù)結(jié)合，其中氧化物電解質(zhì)起到將陰極室和陽極室分開，同時向陽極傳遞氧離子O^2-的作用； 與碳燃料混合置于陽極室的熔融碳酸鹽電解質(zhì)用來擴(kuò)展陽極/電解質(zhì)反應(yīng)區(qū)域，在傳送燃料 C方面起到一個電化學(xué)媒介的作用。類似的采用固體電解質(zhì)的碳燃料電池還有采用液態(tài)金 屬作為碳燃料的傳質(zhì)媒介的。但這些燃料電池還不是真正意義上的直接碳固體氧化物燃料 電池(Direct?carbon-solid?oxide?fuel?cell，DC-SOFC)，不能避開高溫液體帶來的問題。可采用 甲烷的裂解反應(yīng)將碳沉積在SOFC的陽極上，這樣得到的碳跟陽極之間產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合，實 現(xiàn)直接電化學(xué)氧化。但從實際應(yīng)用的角度看，將甲烷裂解后產(chǎn)生的碳用于燃料電池還不如 直接將甲烷用作燃料，這種得到碳的方式也不能體現(xiàn)DCFC在煤的清潔高效利用方面的潛 力和優(yōu)勢。