[发明专利]一种固体氧化物电解池测试支架

说明书

技术领域

本发明属于高温蒸汽电解制氢领域，特别涉及一种固体氧化物电解池测试支架。

背景技术

当前，能源短缺以及大量使用“碳基能源”带来的环境污染问题日益尖锐，能源结构正向低碳、无碳化方向发展。氢能具有高效、无污染、可大规模运用等优点，被认为是后石油时代重要的替代能源。氢能经济的实现需要大规模制氢技术作为基础。将固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells，SOFC)逆向运行制备的固体氧化物电解池(Solid Oxide Electrolytic Cells，SOEC)，在高温下电解水蒸气的制氢的效率可以高达45～59％(制氢效率定义为所制得氢的能量含量与制氢所用的能量之比)，是大规模制氢的潜在途径之一，已成为国际能源领域的研究热点。

固体氧化物电解池测试支架是研究电解池各部分材料性能、电解池电解性能以及高温蒸汽电解制氢工艺等方面的必要设备。在实验室进行固体氧化物电解池测试时，一般是从测试平台的气路系统向电解池的测试支架通入150℃左右的水蒸气，水蒸气在测试支架中被加热到电解池的工作温度(700～1000℃)并在电解池上发生电解反应，因此，电解池的测试支架需要能够支持电解池高的工作温度，并且能够和测试平台气路系统良好连接。此外，固体氧化物电解池的氢电极室为高湿、强还原气氛，因此，对电解池的测试支架的稳定性和密封性能要求很高。

2007年5月，北京清华大学刘明义等人公开了一种高温蒸汽电解制氢电极测试装置，该测试装置采用内部陶瓷材料与外部金属材料相结合的方式，氢电极气室内的进气与出气陶瓷管分别嵌入氢电极气室外的进气与出气金属管内，在氢电极气室底端采用法兰密封法。该测试装置解决了电解池和气路系统的连接问题及材料腐蚀问题，具有操作简便、适于体系较高压力下操作等优点。此项发明详见中国发明专利“高温蒸汽电解制氢电极测试装置”(公开号：CN101067209A)。但是，此项发明中电解池的电极引线需要在装配之前用铂浆与电极焊接，成功率不高，而且氢电极引线处于氢气气氛中容易产生氢脆，电极引线使用寿命短；另外，该装置中电解池和氢电极气室陶瓷管之间的密封是利用陶瓷环的重力挤压玻璃环密封，测试过程中容易发生陶瓷环倾斜导致密封效果下降的现象；此外，该装置无法实现氢电极侧气氛温度的准确监测。

发明内容：

为了解决现有技术的不足，并考虑到系统的可靠性和实用性，本发明提供一种固体氧化物电解池测试支架，该支架能满足高温蒸汽电解制氢要求，并且装配简单、操作方便，能和测试平台气路系统快速连接，其特征在于，固体氧化物电解池测试支架包括热电偶1、热电偶固定螺母2、第一不锈钢卡套3、第二不锈钢卡套4、第三不锈钢卡套5、第四不锈钢卡套6、螺钉7、氢电极气室陶瓷管8、进气陶瓷管9、固体氧化物电解池16、氢电极集流网18、氧电极集流网19、第一密封环12、第二密封环13、第三密封环14、第四密封环17、陶瓷环20和拉力引线15；

从左至右第一不锈钢卡套3、第二不锈钢卡套4、第三不锈钢卡套5和第四不锈钢卡套6通过螺纹依次连接组成密封卡套；进气陶瓷管9左端嵌入第一不锈钢卡套3和第二不锈钢卡套4内，氢电极气室陶瓷管8套在进气陶瓷管9外并与其同轴，氢电极气室陶瓷管8左端嵌入第二不锈钢卡套4、第三不锈钢卡套5和第四不锈钢卡套6内，用分布在第四不锈钢卡套6上的螺钉7将密封卡套与氢电极气室陶瓷管8紧固，第一密封环12置于第一不锈钢卡套3和第二不锈钢卡套4之间，第二密封环13置于第二不锈钢卡套4和第三不锈钢卡套5之间，第三密封环14置于第三不锈钢卡套5和第四不锈钢卡套6之间，第一密封环12以及热电偶固定螺母2与第一不锈钢卡套3之间的密封垫共同将进气陶瓷管9左端密封，第一密封环12、第二密封环13和第三密封环14共同将氢电极气室陶瓷管8的左端密封；

固体氧化物电解池16的氢电极置于氢电极气室陶瓷管8右端面，通过第四密封环17实现固体氧化物电解池16与氢电极气室陶瓷管8右端封接，氢电极集流网18置于进气陶瓷管9右端面并与固体氧化物电解池16的氢电极接触，氢电极集流网18的引线从第四密封环17中穿出，避免氢电极集流网引线发生氢脆，氧电极集流网19置于固体氧化物电解池16的氧电极上，陶瓷环20置于氧电极集流网19上，通过拉力引线15将陶瓷环20与螺钉7拉紧，既固定固体氧化物电解池16，又确保固体氧化物电解池16的氢电极与氢电极集流网18紧密接触，固体氧化物电解池16的氧电极与氧电极集流网19紧密接触；热电偶1置于进气陶瓷管9内，并通过热电偶固定螺母2固定在第一不锈钢卡套3上，热电偶1的顶端靠近固体氧化物电解池16；