[发明专利]基于液态金属阳极直接碳燃料电池的发电储能一体化装置

权利要求书

1.基于液态金属阳极直接碳燃料电池的发电储能一体化装置，其特征在于，主要包括：金属熔池外壳(7)、管式固体氧化物燃料电池单体(6)、液态金属阳极(9)和流态化布风给料系统；

其中，流态化布风给料系统由进料鼓风机(1)鼓风口垂直对准物料锁斗(2)进口，物料锁斗(2)出口和给料管(3)进口相连而组成；

金属熔池外壳(7)的形状为长方体，从其顶部垂直插入并固定住若干数量的流态化布风给料系统；管式固体氧化物燃料电池单体(6)有通管和盲管两种，其布置方式分为立式和卧式两种，即从金属熔池外壳(7)顶部垂直插入或从其侧面水平插入并固定住；管式固体氧化物燃料电池单体(6)、流态化布风给料系统和金属熔池外壳(7)结合处采用高温陶瓷胶密封；金属熔池外壳(7)侧面顶部安装有尾气排出口(8)，侧面中上部安装有排渣口(12)；金属熔池外壳(7)内装有液面高度和排渣口(12)持平但不低于尾气排出口(8)的液态金属阳极(9)；所有管式固体氧化物燃料电池单体(6)之间通过其顶部若干阴极连接线(5)串联起来并连接到外电路负载(14)或外部电源(16)，阳极集流引线(13)将液态金属阳极(9)和外电路负载(14)或外部电源(16)连接；尾气循环(15)将尾气排出口(8)和进料鼓风机(1)连接起来。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述盲管式固体氧化物燃料电池单体(6)的立式布置方式为盲管式固体氧化物燃料电池单体(6)从金属熔池外壳(7)顶部垂直插入金属熔池内并固定，其开口端位于金属熔池外部，封闭端位于金属熔池内部；多个盲管式固体氧化物燃料电池单体可排列为阵列装堆。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述盲管式固体氧化物燃料电池单体(6)的卧式布置方式为盲管式固体氧化物燃料电池单体(6)从金属熔池外壳(7)侧面水平插入金属熔池内并固定，其开口端位于金属熔池外部，封闭端位于金属熔池内部；多个盲管式固体氧化物燃料电池单体(6)可排列为阵列装堆，各管内气体流动方向相同。

4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述通管式固体氧化物燃料电池单体(6)的卧式布置方式为通管式固体氧化物燃料电池单体(6)从金属熔池外壳(7)侧面水平插入金属熔池内并固定，其两侧开口端均位于金属熔池外部；多个通管式固体氧化物燃料电池单体(6)可排列为阵列装堆，相邻管内气体流动方向相同或相反。

5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述管式固体氧化物燃料电池单体(6)插在金属熔池内，基于对燃料电池功率的需求确定管式固体氧化物燃料电池单体(6)与液态金属阳极(9)之间的接触面积，并注入足量金属实现液态金属阳极(9)与管式固体氧化物燃料电池单体(6)之间的紧密接触；由进料鼓风机(1)、物料锁斗(2)、给料管(3)组成的流态化布风给料系统从金属熔池外壳(7)上部利用进料鼓风机(1)带来的载气将物料携带进入液态金属阳极(9)内部，并完成液态金属阳极(9)内部物质的搅拌，并产生阳极流态化进料载气气泡(10)；固体碳燃料颗粒(11)由载气携带进入液态金属阳极(9)后与固体氧化物燃料电池单体(6)发生电化学反应产生电能或还原电池运行过程中产生的金属氧化物，尾气由尾气排出口(8)排出，尾气循环(15)为选择性添加部件，以尾气作为载气，降低成本；运行过程中固体氧化物燃料电池阴极气体(4)通入阴极形成阴极气氛，并从外部电路得到电子生成O^2-，O^2-在浓度差驱动下穿过电解质层到达阳极，在阳极与固体碳燃料颗粒、碳燃料的各种气化产物以及液态金属发生电化学反应生成CO₂和H₂O和相应的金属氧化物，同时向外电路放出电子，驱动外电路负载(14)；通过补充碳燃料维持燃料电池连续工作与液态金属电极成分的稳定；燃料消耗过程中产生的熔渣在重力的作用下浮于液态金属表面，通过排渣口(12)放出部分金属将熔渣带出。

6.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述液态金属阳极(9)视金属成分不同，温度处于400℃～1000℃之间，电极温度可通过外界输入燃料量、负荷调节的方式进行人为控制；物料锁斗(2)除用于燃料的添加外，还用于电极组分的调整以及K、Na、Ni催化剂的注入。