[发明专利]一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统

说明书

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池-电解池领域，特别涉及一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）是基于陶瓷材料的全固态能量转换装置，通过高温电化学氧化反应将燃料化学能直接转化为电能。固体氧化物燃料电解池（SOEC）是采用高温固体氧化物电解池将高温水蒸气分解成氢气和氧气，是将电能和热能转化为化学能的储能装置，SOEC的运行过程是SOFC的逆过程。SOFC具有高效、清洁、高温余热可回收及燃料适应性广等优点，也是实现煤炭、石油、天然气等化石能源高效清洁利用的重要技术之一。SOEC对可再生能源能量的存储尤为重要，且氢能是一种无污染的可再生能源，将是未来十分具有竞争力的一种储能载体。

目前，已有固体氧化物燃料电池测试系统。首先，该测试系统可用来测试固体氧化物燃料电池堆的电化学性能，以确定电池堆发电运行的最佳操作条件。其次，研究不同单体电池和电池堆组件对电池堆性能的影响，优化电池堆的设计和制造工艺。最后，用于研究不同条件下燃料电池堆在发电时的反应机理和衰减机制，为电池堆的优化测试及长期运行提供测试保证。

又，目前还存在固体氧化物燃料电解池测试系统。首先，该测试系统可用来考察不同运行工况，如水蒸气含量、操作温度、气体流量等对制氢速率的影响，确定电解制氢的最佳操作条件。其次，可研究不同电极材料、孔隙率及微结构对电解性能的影响，优化电解池堆的电解性能。最后，可用于研究长期运行在高湿条件下氢电极的反应机理及稳定性。

目前，已经公布的一些固体氧化物燃料电池测试系统的专利，如CN203339256U、CN103441296A、CN201797000U等专利；以及固体氧化物燃料电解池测试系统的专利，如CN101067209A、CN101216495A等专利，但还未有发现一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，而千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统是研发新一代大型固体氧化物燃料电池堆、电解池堆的重要基础。

发明内容

鉴于以上存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，即可进行大型电池堆发电性能测试及衰减率考察，也可以完成千瓦级电解池堆电解制氢速率测试及长期稳定性评价。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为提供一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，包括：固体氧化物燃料电池-电解池堆；向所述固体氧化物燃料电池-电解池堆供应气体的气体供应模块；用于产生供应至所述固体氧化物燃料电池-电解池堆中的水蒸气的水蒸气制备模块；与所述固体氧化物燃料电池-电解池堆放置于同一个热区的气体预热模块；用于对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆和气体预热模块进行加热的热区加热模块；用于对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆产生的尾气进行分离与回收的尾气分离与回收模块；对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆进行充电和放电测试的燃料电池-电解池充放电模块；以及系统控制模块，所述系统控制模块配置为控制所述燃料电池-电解池充放电模块对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆进行充电和放电测试，以实现所述固体氧化物燃料电池-电解池堆发电或电解的可逆切换运行。

本发明针对固体氧化物燃料电解池（SOEC）的运行是固体氧化物燃料电池（SOFC）反应的逆过程，使得两者的测试设备及测试方法类似，因此提供了上述千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统。其优势在于：固体氧化物燃料电池-电解池堆与气体预热装置放置于同一个热区，极大地降低了测试系统的能耗；电池和电解两种模式的可逆切换，充分发挥了本测试系统的灵活多样性；一体化人机交互联合控制平台设计，使该可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统具有集成度高、可视化强、操作方便等优点。

根据本发明的千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，可对大型燃料电池-电解池堆在各操作工况下的发电及电解性能进行测试，长期测试还可以考核发电寿命及电解制氢的稳定性。

又，在本发明中，也可以是，所述固体氧化物燃料电池-电解池堆包含燃料进出口和空气进出口；所述固体氧化物燃料电池-电解池堆由多个固体氧化物燃料电池-电解池单元串联堆叠而成；优选地，各所述固体氧化物燃料电池-电解池单元包括沿垂直方向组合的单体电池-电解池、连接板、阳极集流件、阴极集流件、和密封件。

又，在本发明中，也可以是，所述气体供应模块包括燃料电极侧的燃料气路和氧电极侧的空气气路；所述燃料气路由燃料支路和氮气支路并联而成，各支路通过汇流排进行气体自动切换。