[发明专利]固体氧化物燃料电池的启动方法及固体氧化物燃料电池

说明书

本申请公开了一种固体氧化物燃料电池的启动方法及固体氧化物燃料电池，其中，启动方法为：将固体氧化物燃料电池的电堆分成至少两组，每组中的电堆数量为一个或多个，将燃烧器燃烧产生的热量逐组对每组电堆进行集中加热启动。本启动方法中，将固体氧化物燃料电池的电堆分成至少两组，每组中的电堆数量为一个或多个，将燃烧器燃烧产生的热量逐组对每组电堆进行集中加热启动。与现有的燃烧器中热量同时均匀加热每一个电堆相比，每组电堆的质量明显下降，升温所需的热量成倍降低，只要有一组电堆完成启动，则整个固体氧化物燃料电池便可以进行供电使用，极大地缩短了SOFC的启动时间，且SOFC发电本身就是放热反应，进一步促进后续电堆的快速热机。

技术领域

本发明涉及固体氧化燃料电池技术领域，特别涉及一种固体氧化物燃料电池的启动方法。本发明还涉及一种基于该启动方法的固体氧化物燃料电池。

背景技术

固体氧化物燃料电池(英文名称为Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)，属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。

如图1所示，当前通用的SOFC包含加热器1、燃料重整器2、电堆3、燃烧器4等几个核心部件。其中，电堆3包括阳极和阴极，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所；燃料重整器2的作用是，在高温下，燃料和水蒸气发生反应，生成燃料电池反应需要的H₂和CO等；燃烧器4是将燃料进行燃烧，反应后生成CO₂和H₂O等，并放出热量，放出的热量用于燃料重整器2的加热。

一个SOPC包含的电堆3的数量通常为几个乃至十几个，每个电堆3需要分别提供燃料电池反应需要的空气和燃料。由于SOFC属于中高温燃料电池，电堆3运行温度高达600-1000℃，因此空气和燃料进入电堆3前均需要加热。空气在加热器1中被加热升温，进入电堆每个电堆的阴极。燃料则在燃料重整器2中被加热重整，燃料在高温下被重整成H₂和CO等，而后进入每个电堆3的阳极。空气加热、燃料重整所需要的能量来自燃烧器4产生的高温排气。SOFC在冷启动时，电堆3需要加热至600-1000℃，系统才能正常工作，此时通常在燃烧器4中喷入燃料，燃料催化燃烧放热，释放出的热量对空气和燃料进行加热，升温后的空气和燃料则继续对电堆3进行加热，从而逐步提高SOFC的电堆3的温度，直到电堆3提升至正常高温反应温度。

但是，SOFC存在的主要问题是启动速度过慢，启动时间长，通常需要长达几个小时，通过创造性地研究发现，其主要有以下原因：一是SOFC属于高温燃料电池，反应温度高达600-1000℃，而环境温度仅几十℃，启动过程的温度偏差巨大；二是SOFC通常包含多个电堆3，每个电堆又由上百片电池组组成，电堆3整体质量大，电堆材质也是热容较大的陶瓷和金属等，导致SOFC的电堆3的热容很大，升温速度很慢。也正是由于SOFC长达数小时的启动时间，导致其应用推广的一个关键难点，严重制约了其在车用领域的应用。

综上所述，如何缩短SOFC的启动时间，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种固体氧化物燃料电池的启动方法，以缩短SOFC的启动时间。

本发明的另一个目的在于提供一种基于该启动方法的固体氧化物燃料电池，以缩短SOFC的启动时间。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种固体氧化物燃料电池的启动方法，将固体氧化物燃料电池的电堆分成至少两组，每组中的电堆数量为一个或多个，将燃烧器燃烧产生的热量逐组对每组电堆进行集中加热启动。

优选地，在上述的启动方法中，所述电堆的总数为N个，N为大于1的整数，每组中的电堆数量均为一个，当第1个电堆进行加热达到启动温度后，进行第2个电堆的加热启动，依次类推，直至第N个电堆的加热启动完成后，停止所述燃烧器中的燃料供给。