[發明專利]一種抗積碳結構的平板固體氧化物燃料電池陽極

有效

• 申請號: 201610632867.8
• 申請日: 2016-08-04
• 公開（公告）號: CN107689455B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 朱江;林子敬
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀

1.一種抗積碳結構的平板固體氧化物燃料電池陽極，陽極的一側通過擴散阻礙層與氣道連接，另一側為電解質層，其特征在于：在所述陽極靠近氣道與連接體的一側，添加擴散阻礙層作為陽極的一部分，再與氣道和連接體相接；所述擴散阻礙層滿足如下設計時，保證陽極使用低水碳比甲烷燃料時在給定的工作狀況下不會積碳：

(1)擴散阻礙層由多孔介質構成，具有電子導電性以及透氣性，孔隙率小于等于35％；

(2)擴散阻礙層的材料無法催化甲烷裂解反應；

(3)擴散阻礙層的厚度應該小于等于400微米；

(4)對于給定的擴散阻礙層厚度，電池的燃料利用率必須高于限定閾值，才能使擴散阻礙層具有抗積碳效果；

所述閾值的分布為：

(11)電池工作電壓等于0.8V時，擴散阻礙層厚度為200微米，燃料利用率需要大于92％；擴散阻礙層厚度為300微米，燃料利用率需要大于82％；擴散阻礙層厚度為400微米，燃料利用率需要大于65％；

(12)電池工作電壓等于0.7V時，擴散阻礙層厚度為200微米，燃料利用率需要大于79％；擴散阻礙層厚度為300微米，燃料利用率需要大于15％；擴散阻礙層厚度為400微米，燃料利用率需要大于10％；

(13)對于其他電壓的情況，通過插值法求取：

公式中的0.8(V),0.7(V),其中的V是電池工作電壓的單位，U為給定的工作電壓值，η為給定的工作電壓下的燃料利用率閾值，η_0.8V與η_0.7V為電壓0.8V與電壓0.7V時對應于該阻礙層厚度的燃料利用率閾值。

2.根據權利要求1所述的一種抗積碳結構的平板固體氧化物燃料電池陽極，其特征在于：使用所述電池陽極時保持電池的燃料利用率，在電池開機時，先通入高水碳比，即2:1以上甲烷燃料，待電壓達到工作電壓時再逐漸換成低水碳比甲烷燃料，低水碳比甲烷燃料指水蒸氣與甲烷含量比在1:10到1:40之間的燃料；在電池關機時，在保持工作電壓的情況下換成高水碳比甲烷燃料，然后關機，否則會有積碳風險。

3.根據權利要求1所述的一種抗積碳結構的平板固體氧化物燃料電池陽極，其特征在于：所述擴散阻礙層的材料為氧化鋯與氧化鈰、氧化銅或氧化鎂的復合材料。

4.根據權利要求1所述的一種抗積碳結構的平板固體氧化物燃料電池陽極，其特征在于：所述擴散阻礙層直接燒結在原有陽極上，或在保證無縫隙連接的情況下粘連在原有陽極上。