[發明專利]直接碳燃料電池的燃料供應裝置及系統

有效

• 申請號: 201380037717.7
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN104471770B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 黃晙泳;姜熙錫;姜景太;李相昊
• 申請（專利權）人: 韓國生產技術研究院
• 主分類號: H01M8/083
• 分類號: H01M8/083;H01M8/1009;H01M8/22;H01M8/04186;H01M8/04089
• 代理公司: 北京華夏博通專利事務所(普通合伙)11264
• 代理人: 劉俊

技術領域

本發明涉及一種直接碳燃料電池，更具體地說，本發明涉及一種確保燃料電極介質的流動性而改善了輸出密度的直接碳燃料電池的燃料供應裝置及系統。

背景技術

在發達國家努力減少排碳量的時候，中國與印度等新興國家的能源需求卻被認為即將超過OECD國家。另一方面，在全世界廣泛地分布著龐大的煤礦，以后將在美國、中國等世界能源市場上成為主要能源。

由于全世界的二氧化碳排放量依然持續增加中，因此迫切需要開發出有效的碳轉換方法，近來人們則嘗試開發下列技術，亦即，獲取分離了二氧化碳的清凈煤炭的技術、將煤炭作為直接燃料予以利用的技術。一般來說，二氧化碳分離技術由于埋藏地區的土質互不相同而較難普遍地適用，其效率性與成本問題也阻礙了技術性解決方案的適用。

然而，直接碳燃料電池(Direct?Carbon?Fuel?Cell；DCFC)卻能夠以煤炭系統進行十億瓦特級的大規模發電并且還能利用廢熱，因此以分布式發電的概念為基礎日漸成為重要技術。

直接碳燃料電池的燃料氣體不使用氫氣，其以符合經濟并且埋藏量龐大的碳及煤炭直接作為燃料使用，還原氣體則和其它燃料電池一樣使用空氣，是一種新概念燃料電池。

利用直接碳燃料電池的發電系統的能量轉換效率高于現有的火力發電，其在理論上具備80％以上的高效率，這也是現存燃料電池中具有最高數值的燃料電池。而且，全世界范圍內的埋藏量非常豐富并且以符合經濟性的煤炭作為燃料而得以使用各種發電用煤炭源，不僅能夠從根本上減少燃燒時所產生的SOx、NOx、PM等環境污染物質的排放量，還因為其為直接利用碳進行化學反應地產生電力而沒有噪音、沒有公害，其CO₂排放量相比于現有火力發電減少了90％以上。

在直接碳燃料電池中，在空氣電極(Cathode)通過氧的還原反應生成的氧離子則通過電解質移動到燃料電極(Anode)，在燃料電極則由氧離子和碳反應后生成二氧化碳，該二氧化碳再和氧離子反應后生成碳酸鹽離子，所生成的碳酸鹽離子則將碳予以氧化生成二氧化碳與電子，以進行發電。

直接碳燃料電池的所述發電的模擬圖如圖1所示。

將熔融碳酸鹽作為燃料電極介質使用的空氣電極支撐體型固體氧化物電解質直接碳燃料電池，為了減少燃料電極的濃度極化以改善輸出密度，第一、需要將碳燃料與燃料電極介質均勻混合；第二、需要將燃料電極介質強制供應給燃料電池。

為此，需要一種能強制地讓作為燃料電極介質的熔融碳酸鹽流動的方法。

為了強制地讓作為燃料電極介質的熔融碳酸鹽流動，現有技術揭示了利用液體泵的方法。

然而，液體泵卻因為熔融碳酸鹽具備高溫(700℃至1000℃)與高腐蝕性特性而難以有效、實用地讓熔融碳酸鹽流動。

發明內容

【解決的技術問題】

本發明的目的是提供一種直接碳燃料電池的燃料供應裝置及系統，其強制地讓作為燃料電極介質的熔融碳酸鹽流動以減少燃料電極的濃度極化而得以改善輸出密度。

本發明的另一個目的是提供一種直接碳燃料電池的燃料供應裝置及系統，其將碳燃料和由熔融碳酸鹽構成的燃料電極介質強制混合后供應給燃料電池。

本發明的另一個目的是提供一種直接碳燃料電池的燃料供應裝置及系統，在包含空氣電極支撐體與固體氧化物電解質所構成的一個以上的管形芯周圍形成通路管，憑借二氧化碳的流動確保通路管內的燃料電極介質的流動性。

本發明的再一個目的是提供一種直接碳燃料電池的燃料供應裝置及系統，在上述管形芯周圍形成通路管，確保燃料電極介質的流動性，并且在通路管內配備分離管而使得通路管與分離管之間外部通路上的燃料電極介質垂直流動，從而讓分離管內部的內部通路上的燃料電極介質流動。

本發明的再一個目的是提供一種直接碳燃料電池的燃料供應裝置及系統，在管形芯周圍形成通路管并且在通路管內部形成分離管，從而防止氣體從分離管的外部流入內部。

【解決問題的技術方案】

本發明的直接碳燃料電池的燃料供應裝置包括：分離管，在浸漬于混合了碳燃料的燃料電極介質的管形芯周圍形成垂直方向的圓筒形內部通路，并且形成允許上述燃料電極介質出入的貫穿口；通路管，在上述分離管的周圍形成垂直方向的圓筒形外部通路；及起泡裝置，為上述通路管與上述分離管之間的上述外部通路供應氣體；憑借供應給上述外部通路的上述氣體的垂直移動而使得上述外部通路上的上述燃料電極介質首先流動，然后讓通過上述貫穿口連接到上述外部通路的上述內部通路上的上述燃料電極介質進一步流動。