[发明专利]生物质气固体氧化物燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及生物质气固体氧化物燃料电池领域，特别是涉及一种阳极不易积碳的生物质气固体氧化物燃料电池。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是继磷酸盐燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)之后的第三代燃料电池，其工作温度一般在600-1000℃左右，电动势来源于电池两侧不同的氧分压。其单体电池是由正负两个电极(负极为燃料电极，正极为氧化剂电极)以及电解质组成。阳极、阴极的主要作用是导通电子和提供反应气体、产物气体的扩散通道。固体电解质将两侧的气体分隔开来，由于两侧氧分压的不同，产生了氧的化学位梯度，在该化学位梯度的作用下，在阴极获得电子的氧离子(O2-)经固体电解质向阳极运动，在阳极释放出电子，从而在两极形成电压。

从原理上讲，固体氧化物燃料电池是最理想的燃料电池之一，因为它不仅具有其他燃料电池的高效与环境友好等特点，还具备如下优点：

(1)运行温度高(一般为800-1000℃)，阴、阳极的化学反应速率大，并接近于热力学平衡，电极处的极化阻抗小，可以通过大的电流密度，不需要贵重的催化剂；

(2)由于固体氧化物电解质的透气性很低，电子电导率低，开路时电压可以达到理论值的96％；

(3)由于SOFC运行温度高，便于利用高温废气，可实现热电联产，燃料利用率高；

(4)全固体结构，避免了液态电解质对材料的腐蚀，解决了电解液的控制问题；

(5)氧化物电解质很稳定，抗毒性好。电极有相对较强的抗污染能力；

(6)可使用多种燃料，包括直接使用碳氢化合物；

(7)不要求外围设备条件，诸如不需要湿度控制、空气调节等。

传统的燃料电池都是以Ni基为阳极，大部分是以H2为燃料的，既使用碳氢燃料也是经过重整产出H2再喂入电池，这不但危险，而且提高了电池的制造和运作费用。目前对电池内部进行重整，由碳氢燃料催化反应出H2和CO，H2、CO再与由阴极扩散来的O2电化学反应并放出电子。内部重整又对电池阳极提出了新的要求，早期的Ni基阳极由于Ni会参与碳沉积反应(如甲烷的热解)，即碳与Ni生成金属间化合物，随着碳的进一步沉积生长损坏电池。

为了解决碳的沉积对电池的损害，可以通过两种途径解决：一是改变操作条件以减小影响；二是寻找其他的阳极替代Ni基阳极。在改变操作条件方面发现，对水蒸汽内部重整来说只要C/H比维持到一定比例就不会有碳的沉积。虽然如此，这又带来一些问题，比如说如何保证这个比例始终在这个范围之内，即使能操作，设备费用也相对增加，而且水蒸气含量太高燃料效率下降，电池性能下降。在寻找Ni基阳极的替代阳极方面，有两种方案：一是复合氧化物阳极，如(Ba/Sr/Ca/La)0.6MxNb1-xO3-δ阳极；二是其他金属基氧化物阳极，如CuO基阳极。但是CuO的熔点只有1148℃，如果烧结温度高于此温度CuO成液态，而该温度下电解质还没烧结致密，故扩散较快。如果Cu扩散进入电解质，还原后电解质有电子导电性，这就等于电池内部短路，电池失效。由于CuO的低熔点，使CuO和电解质很难共烧。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种生物质气固体氧化物燃料电池，能够有效的防止阳极积碳，并且选用的阳极材料熔点较高，避免了因阳极材料扩散到电解质内导致电池失效的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种生物质气固体氧化物燃料电池，包括：正负两个多孔的电极及两电极之间的导电电解质层，所述阳极为燃料电极，所述阴极为空气电极，，所述阳极采用锰基氧化物材料。

在本发明一个较佳实施例中，所述锰基氧化物材料熔点高于电解质烧结温度。

在本发明一个较佳实施例中，所述电极与电解质界面含有氧化铀中间导电层，印刷在电解质薄板上，厚度小于10mm。

本发明的有益效果是：

(1)本发明阳极选用锰基氧化物材料，熔点较高，可以与电解质共烧，避免了因阳极材料熔点低于烧结温度，快速扩散进电解质，导致还原后电池内部短路，进而电池失效的问题。

(2)该阳极材料对生物质气水蒸气内部重整具有良好的催化作用，有效的防止了阳极积碳。

附图说明

图1是本发明生物质气固体氧化物燃料电池一较佳实施例的结构示意图；附图中各部件的标记如下：1、阳极，2、电解质层，3、阴极，4、中间导电层。

具体实施方式