[发明专利]去除在加液体烃燃料的固体氧化物燃料电池中的含碳沉积物的方法和燃料电池系统

说明书

提供去除在加液体烃燃料的固体氧化物燃料电池和相关系统中的含碳沉积物的方法的实施例。所述方法包括提供具有阳极、阴极、在所述阳极和阴极之间取向的固体氧化物电解质、安置成接近于所述固体氧化物电解质和所述阴极的放大器阴极、电连接所述阳极和所述阴极的燃料电池电路和电连接所述阳极和所述放大器阴极的放大器电路的固体氧化物燃料电池系统。另外，在电解模式中操作所述放大器电路以电供电所述放大器阴极，其中所述放大器阴极产生O^2‑或CO₃^2‑并且将其供应到所述阳极。所述方法进一步包括通过经由与所述O^2‑或CO₃^2‑的反应将所述含碳沉积物转换成二氧化碳气体而去除在所述阳极上的所述含碳沉积物并且排出所述二氧化碳气体。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年2月17日提交的美国专利申请第14/623,884号题为“在加液体烃燃料的固体氧化物燃料电池中的含碳沉积物的增强型电化学氧化(案号SA 6011 PA)”的优先权益，其内容以全文引用的方式并入本文。

背景技术

技术领域

本公开的实施例大体上涉及固体氧化物燃料电池(SOFC)，并且更具体地说涉及去除在加液体烃燃料的固体氧化物燃料电池中的含碳沉积物的方法和相关特别配置的加液体烃燃料的固体氧化物燃料电池系统。

技术背景

如通常已知的，固体氧化物燃料电池由三个主要部分构成；阳极，其中进行电化学氧化，阴极，其中进行电化学还原和电解质膜，其为致密、不透气的离子迁移膜，其在高温范围下呈现纯离子或混合离子-电子导电性。阴极产生氧离子，其随后迁移通过电解质膜到阳极电极。氧离子氧化在阳极中的燃料并且由此产生电子，其流动通过外部电路回到阴极，由此产生电能。

参考图1，常规固体氧化物燃料电池100(SOFC)包括阳极120。阳极 120与固体氧化物电解质170接触，并且还可暴露于燃料(气体、液体或固体)，例如含碳燃料142。在阴极130(其在存在空气144的情况下执行阴极金属的O₂(g)还原以产生氧离子146)中，放置在固体氧化物电解质170 的相对侧上。对于阳极120、金属导线或在操作条件下为固体并且惰性的任何其它电子导电材料处的电流收集，可电连接到阳极120以有助于经由电路 150移动回到阴极130的电子的收集。

再次参考图1，电化学反应在不燃烧的情况下将燃料142和空气144转换成电力。固体氧化物燃料电池100为高温燃料电池。在高温下，升温的空气144进入与阴极130相邻的固体氧化物燃料电池100，并且含碳燃料142 进入与阳极120相邻的固体氧化物燃料电池100。随后，化学反应在固体氧化物燃料电池100中开始。因为燃料142穿过阳极120，所以它从阴极130 吸引氧离子146。氧离子146与燃料142结合以产生电力和包括水和少量二氧化碳的废物产物148。只要存在燃料142、空气144和热量，方法就继续生产电力。然而，在固体氧化物燃料电池100操作时，效率和/或功率输出随时间减小。

因此，持续需要提高固体氧化物燃料电池100的长期的效率和功率输出的方法和维持随时间的效率和功率输出的固体氧化物燃料电池系统。

发明内容

本公开的方法和系统具有工业实用性，具体地说在油气和电力工业中由于在世界范围内能量消耗快速增加和燃料电池由于在阳极120上的含碳沉积物140而随时间效率降低。含碳沉积物140可在阳极120上积聚，这降低固体氧化物燃料电池100的操作效率。