[发明专利]便携式直接碳固体氧化物燃料电池发电装置

说明书

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种便携式直接碳固体氧化物燃料电池发电装置，包括反应容器，反应容器的内部设置多组固体氧化物燃料电池单体，反应容器的上端开有进料口，进料口上扣装进料口盖，反应容器的外侧间隔缠绕导热管和加热元件，反应容器的顶部设置导气管，导气管接入到燃烧室，燃烧室内部燃烧产生的热量通过出气管接入到导热管内；本发明将能量密度大的碳与固体氧化物燃料电池组结合起来，避免碳直接燃烧造成的能源浪费和环境污染，不仅起到保护生态环境的作用，同时大大提高了系统的发电效率，因此能够提供一种特别适合于小型应用的新型电源。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种便携式直接碳固体氧化物燃料电池发电装置。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效清洁的电化学发电装置，由一层致密电解质和两层多孔电极(阳极和阴极)组成，具有全固态、燃料选择性广和能量转化率高等优点。目前，氢气是SOFC使用最普遍的燃料，但氢气是一种二次能源，无法从自然界中直接获得，成本高、能量密度低、储存和运输安全性差。相反，固体碳燃料不存在上述问题，被认为是可以替代氢气的安全性燃料，尤其是应用于高温燃料电池。与氢气相比，碳的能量密度高、价格低廉、来源广泛且安全性高。因此，直接使用固体碳燃料的直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)受到了越来越多的重视。

DC-SOFC核心部件是由陶瓷电解质、钙钛矿氧化物阴极和金属陶瓷阳极构成的SOFC，碳燃料置于SOFC阳极室，通过向阴极提供氧气，氧分子在阴极的催化作用下生成氧离子O^2-，氧离子通过电解质的传递到达阳极，与扩散至阳极的CO反应生成CO₂并给出电子，即电化学氧化反应

CO+O^2-＝CO₂+2e^- (1)

产生的CO₂扩散到碳燃料表面，与其发生Boudouard反应产生更多的CO，

CO₂+C＝2CO (2)

生成的CO再扩散到阳极，通过电化学氧化反应产生电流。如此反复循环，实现了电化学方式消耗固体碳燃料而发电的目的。

DC-SOFC除具有SOFC的优点外，还有动力学过程快、燃料利用率高、全固态结构等独特优势，具有广阔的应用前景。首先，它是一种潜在的高效洁净煤和生物质发电技术，而且其发电过程不需要水；其次，DC-SOFC中碳燃料的理论最大容量(8935mAh g^-1)是典型的锂离子电池中碳负极材料理论容量(372mAh g^-1)的24倍，有望将其开发成一种高性能、低成本的蓄电池；最后，DC-SOFC的开发有望促进我国稀土产业发展，并带动新型材料产业的形成和传统陶瓷产业的升级换代。因此，亟需开发一种燃料利用率和系统发电效率高的便携式DC-SOFC发电装置。

发明内容

为了实现上述目标，本发明的目的在于：提供一种便携式直接碳固体氧化物燃料电池发电装置，将能量密度大的固体碳燃料与固体氧化物燃料电池组结合起来，利用系统生成的CO燃烧产生的热量来维持电池工作所需高温，不仅能够保护生态环境，同时大大提高了燃料利用率和系统发电效率。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述便携式直接碳固体氧化物燃料电池发电装置，包括反应容器，反应容器的内部设置多组固体氧化物燃料电池单体，反应容器的上端开有进料口，进料口上扣装进料口盖，反应容器的外侧间隔缠绕导热管和加热元件，反应容器的顶部设置导气管，导气管接入到燃烧室，燃烧室内部燃烧产生的热量通过出气管接入到导热管内。

在电池启动时，装置首先通过缠绕在反应容器外部的加热元件加热达到预定的工作温度，待电池组启动完成后，关闭加热元件，通过将燃烧室内CO燃烧产生的热量输送到导热管内，维持系统工作温度，实现自维持。