[發明專利]SOFC傳導

有效

• 申請號: 201480082520.X
• 申請日: 2014-10-07
• 公開（公告）號: CN106797044B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 納森·帕倫博;保羅·奧斯納;約書亞·珀斯基
• 申請（專利權）人: 布羅托尼克斯技術公司
• 主分類號: H01M8/2475
• 分類號: H01M8/2475;H01M8/04007;H01M8/2484
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 鐘晶;鐘海勝

固體氧化物燃料電池(SOFC)系統包括通過熱傳導增加熱能轉移的高熱導率材料如銅。通過鎳電鍍保護銅免受氧化，以及通過在燃燒室內提供哈氏合金內襯保護銅免受熱損傷。在進入的空氣導管中使用蒙乃爾合金元件，以防止陰極中毒。

版權聲明

本專利文件的公開的部分可以包含受版權保護的內容。版權所有者對于任何人對專利文獻或專利公開的復制沒有異議，正如其出現在專利商標局文獻或記錄中，但是無論如何保留所有版權權利。以下聲明應該適用于該文件：2014Protonex技術公司(Protonex Technology Corporation)。

背景技術

技術領域

本文示例性、說明性的技術涉及固體氧化物燃料電池(SOFC)、使用方法和制造SOFC系統的方法。具體地，示例性、說明性的技術涉及改良的系統和用于對SOFC系統中熱能管理的方法。

相關領域

根據SOFC技術，一般的SOFC系統包括熱區，其含有或至少部分地封閉在維持較高工作溫度(例如，在工作期間350或500℃以上)下的系統組件。熱區內容納有SOFC能量發生器或固體氧化物燃料電池組。一般的SOFC燃料電池組由一個或多個燃料電池形成，其中每個電池參與產生電流的電化學反應。為了提供電池組的希望的輸出電壓，燃料電池根據需要以串聯或并聯方式電學地相互連接。每個燃料電池包括三個基本層：陽極層或燃料電極；陰極層或空氣電極；以及將陽極層與陰極層分開的電解質層。

陽極層暴露于至少含有氫氣(H₂)和/或一氧化碳(CO)的氣態或霧狀燃料中。同時，陰極層暴露于陰極氣體如空氣或任意的其他氣體或霧狀氧(O₂)源中。在陰極層中，提供給陰極層的氧(空氣)獲得電子成為氧離子(O⁺)。氧離子從陰極層通過陶瓷電解質層穿越到陽極層。在三相界面處，在陽極層中，通過燃料提供給陽極層的氫(H₂)和/或一氧化碳(CO)與氧離子反應以產生水和二氧化碳，在該反應期間發射的電子產生電和熱。在燃料流中的其他反應副產物可包括甲烷、乙烷或乙烯。由電化學反應產生的電被引至DC電源端子以給電力負載供電。

常見的陽極材料包括金屬陶瓷，如鎳和摻雜的氧化鋯(Ni-YSZ)、鎳和摻雜的二氧化鈰(Ni-SDC和/或Ni-GDC)、銅和摻雜的二氧化鈰。也可以使用鈣鈦礦陽極材料如(La_1-xSr_x)Cr_1-yM_yO_3-δ(LSCM)和其他ABO₃結構。常見的陰極材料包括鑭鍶鈷氧化物(LSC)、鑭鍶鈷鐵氧化物LSCF和鑭鍶錳氧化物(LSM)。電解質層是離子傳導陶瓷，通常是氧離子導體如氧化釔摻雜的氧化鋯或釓摻雜的二氧化鈰。可改變地，電解質層是質子傳導陶瓷，如鈰酸鋇或鋯酸鋇。電解質層充當附近的密封屏障以防止燃料和空氣混合和燃燒。

一般的SOFC系統使用通常被稱為同流換熱器的交叉流或平行流熱交換器，加熱進入SOFC系統的陰極氣體(空氣)。氣流熱交換器加熱進入熱區的冷空氣，交換進入的冷空氣和離開熱區的熱廢氣之間的熱能。

已知包括設置在SOFC熱區內的一種或多種熱能源或熱源加熱流過SOFC系統的空氣或燃料以及加熱燃料電池。熱源可以包括用于在廢燃料和廢氣離開電池組時，燃燒與熱廢氣混合的廢燃料的尾氣燃燒器。第二熱源可以包括冷啟動燃燒器，其可操作地在系統啟動時燃燒燃料以加熱SOFC表面或加熱流向電池組的進入的燃料，至少直到SOFC系統到達其穩態工作溫度或CPOX或TGC起燃。電熱元件也可以用于替代冷啟動燃燒器或與冷啟動燃燒器一起用于在啟動時加熱空氣、燃料和工作表面。