[发明专利]以污泥热解气为燃料的固体氧化物燃料电池及其发电的方法

说明书

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池领域；具体涉及以污泥热解气为燃料的固体氧化物燃料电池及其发电的方法。

背景领域

现今污泥热解技术越来越趋于成熟，污泥热解技术是一种污泥资源化的有利方法，热解法作为城市污水生物污泥焚烧处理的替代技术，因其经济好、二次污染小、热解产物利用价值高等优点而受到广泛关注，污泥热解的主要产物焦炭、焦油和热解气。污泥热解气里富含大量的氢气、甲烷、乙烷、一氧化碳和乙烯等燃料气体，目前关于以污泥热解气为燃料进行发电还未见报道。

发明内容

本发明目的是提供了以污泥热解气为燃料的固体氧化物燃料电池及其发电的方法。

本发明以污泥热解气为燃料的固体氧化物燃料电池由壳体、导线、空气管、热解气管、阳极室、阳极、电解质膜、阴极和阴极室构成，其特征在于所述YSZ膜将壳体分成阳极室和阴极室，阳极室内设置有热解气管，阴极室内设置有空气管，阳极与阴极分别固定在电解质膜两侧，阳极与阴极外侧固定有铂网，铂网与导线连接，阳极位于阳极室内，外电路设置在壳体的外部与导线连接，以污泥热解气为燃料。

以污泥热解气为燃料的固体氧化物燃料电池发电的方法是通过下述步骤实现的：污泥热解气脱硫后吸收二氧化碳，然后混入空气，空气占空气与污泥热解气总体积的10％～30％，然后以50～150mL/min流速由热解气管通入阳极室进行氧化反应同时空气以50～150mL/min流速由空气管通入阴极室进行还原反应，氧化还原过程中保持电池工作温度为600～800℃，电流输出；即实现了以污泥热解气为燃料的固体氧化物燃料电池发电。

本发明中污泥热解气中的有效气体(甲烷、氢气和一氧化碳等)在阳极失去电子，空气中的氧气在阴极得到电子，电子由外接导线进行传递，产生电流。本发明以污泥热解气为固体氧化物燃料电池燃料，将生物质能转化为电能，发电效率为200～400mW/cm²；实验40～60h后电池性能的仅降低5％～10％证明具有稳定的电流和电压，使用时间持久。热解时产生的热解气得以充分利用，属清洁、有效、无污染的能源获取方式。用污泥热解气为燃料的固体氧化物燃料电池，通过组成电池堆利用热解气，可以建在污水处理厂、垃圾填埋场和工厂等用电企业，污泥得到资源化，产生电能，供给热解的动力消耗或者用电企业的用电需求。

附图说明

图1是以污泥热解气为燃料的固体氧化物燃料电池的结构示意图；图2是具体实施方式十一所述电池的发电效率随时间变化曲线图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：结合图1进行说明，以污泥热解气为燃料的固体氧化物燃料电池由壳体1、导线2、空气管3、热解气管4、阳极室5、阳极6、电解质膜7、阴极8和阴极室9构成，所述YSZ膜7将壳体1分成阳极室5和阴极室9，阳极室5内设置有热解气管4，阴极室9内设置有空气管3，阳极5与阴极8分别固定在电解质膜7两侧，阳极5与阴极8外侧固定有铂网11(铂网11起收集电流的作用)，铂网11与导线2连接，阳极6位于阳极室5内，外电路10设置在壳体1的外部与导线2连接，以污泥热解气为燃料。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述阳极6的厚度为200μm～500μm。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述电解质膜7厚度为30μm～100μm。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述阴极8厚度50μm～100μm。其它组成和连接关系与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述阳极是由氧化镍和氧化钴按1∶3、1∶6、3∶1或6∶1的质量比制成的。其它组成和连接关系与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述电解质膜7的材料是氧化钇稳定氧化锆(YSZ)，氧化钇稳定氧化锆中氧化钇的摩尔分数为5％～15％。其它组成和连接关系与具体实施方式一至五之一相同。