[發(fā)明專利]一種固體氧化物燃料電池用催化劑分離還原用氣/發(fā)電用氣的智能控制器

有效

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• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106711480B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設計）人: 梁波;張思龍;羅天皓
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: H01M8/04746
• 分類號: H01M8/04746;H01M8/04298
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發(fā)明涉及一種智能控制器的技術領域，具體涉及一種固體氧化物燃料電池用催化劑分離還原用氣/發(fā)電用氣的智能控制器。本裝置從含氫的合成氣中分離高純度氫氣，該氣體供SOFC陽極催化劑還原使用，剩余合成氣則通過兩級開孔泡沫不銹鋼負載鉑釕催化劑另行進入SOFC陽極供其發(fā)電所用。該裝置所攜帶智能控制系統(tǒng)可使得高純度的氫氣先行進入SOFC陽極，利用氫氣還原陽極催化劑，防止其表面積硫﹑積碳，起到保護催化劑作用。

技術領域

本發(fā)明涉及一種智能控制器的技術領域，具體涉及一種一種固體氧化物燃料電池用催化劑分離還原用氣/發(fā)電用氣的智能控制器。

背景技術

碳氫化合物(醇類燃料﹑石油﹑天然氣﹑煤等)，在重整﹑氣化或裂解等化學過程后，可得到氫氣﹑一氧化碳﹑甲烷等混合燃氣，如果不要求純度，此類化學工程所需設備及制作工藝相對而言，非常簡單。與此同時，固體氧化物燃料電池(SOFC)，作為將碳氫燃料中的化學能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置，對燃料的適應性極強。因此，將烷類﹑醇類等簡單的碳氫燃料重整技術與SOFC電堆耦合起來，建立一些小型獨立發(fā)電系統(tǒng)，是近年來新能源技術研發(fā)的一個熱點。

有文獻報道[Jia Lichao,Wang Xin,Hua Bin,Li Wenhu,Chi Bo,Pu Jian,YuanSongliu,Li Jian,International Journal of Hydrogen Energy,37(2012),11941-11945；Li Kai,Jia Lichao,Wang Xin,Pu Jian,Chi Bo,Li Jian,Journal of PowerSources,284(2015),446-451]指出，固體氧化物燃料電池最常用的催化劑鎳，和鐵﹑銅等金屬相比，更易在其表面出現(xiàn)碳﹑硫沉淀。通過第一性原理計算得知，鎳碳結(jié)合能為-6.76eV，其值低于鐵碳﹑銅碳﹑鎳鐵合金與碳(-6.47eV)的結(jié)合能；鎳原子其電子的3d軌道更容易與碳原子其電子的2p軌道以及硫原子的3p軌道雜化在一起。因此，在固體氧化物燃料電池的操作過程中，一定要注意鎳催化劑中毒，或者稱為鎳表面出現(xiàn)的碳沉淀或硫沉淀，特別是在SOFC陽極第一次還原時。因此，在設計SOFC電堆的時候，一般會考慮加入除硫﹑除碳工藝。尤其，對于一些特殊場合使用的SOFC電堆(無人機﹑無人車﹑無人船等移動電源)，此類工藝設計，須考慮高度集成化﹑輕量化。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術的不足，本發(fā)明旨在鎳催化劑還原的時候，將碳氫燃料改質(zhì)后合成氣中的氫氣分離出來，供陽極中的氧化鎳還原使用。為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：一種固體氧化物燃料電池用催化劑分離還原用氣/發(fā)電用氣的智能控制器，主要包括，氫氣分離膜組件﹑二次重整系統(tǒng)﹑電控系統(tǒng)，所述氫氣分離膜組件連其附帶氣路受控于裝置自帶的微處理單元(MCU)，可實現(xiàn)從改質(zhì)后合成氣中分離高純度氫氣，供SOFC電堆陽極還原用。所述氫氣分離膜組件﹑二次重整系統(tǒng)分屬不同反應腔體，包括：氫氣分離腔和二次重整腔(位于氫氣分離腔兩端)。所述兩種反應腔體相互連接貫通，并且在各自腔體進氣和出氣部位設有控制閥和安全閥。所述控制閥﹑安全閥受控于裝置自帶的MCU，在SOFC電堆陽極還原時，MCU將激活氫氣分離膜，而關掉包括鉑釕催化劑的二次重整氣路。所述電控系統(tǒng)包括比較器、MCU、時鐘發(fā)生器、顯示器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、報警器、驅(qū)動模塊、溫度傳感器及流量控制閥。

上述方案中，所述改質(zhì)后合成氣入口深入氫氣分離膜腔體底部。

上述方案中，所述二次重整反應腔內(nèi)部設有鉑釕催化劑。所述鉑釕催化劑為開孔泡沫不銹鋼負載鉑釕納米顆粒。

上述方案中，氫氣分離膜組件﹑二次重整系統(tǒng)被法蘭、螺絲、螺栓、螺帽及圓形墊圈鎖在一起，所述圓形墊圈由耐高溫的石墨或蛭石做成。

上述方案中，所述氫氣分離膜組件為錐臺型，由四層構成。分別為，合金透氫膜層﹑鉈金屬膜﹑中間防擴散層﹑多孔支撐層組成，其中合金透氫膜層﹑鉈金屬膜﹑中間防擴散層分別設置于多孔支撐層的上下兩面。

實施本發(fā)明的所述智能控制器，具有以下效果：