[发明专利]一种管式固体氧化物燃料电池结构

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种管式固体氧化物燃料电池结构，包括外壳、阴极反应层、电解质层和阳极反应层，所述外壳包括中壳筒、端盖和底盖，所述端盖和底盖分别固定于中壳筒的上下两端，所述阳极反应层的内部贴合有阳极支撑层，所述阳极支撑层为透气耐热材质制成，且所述阳极支撑层的表面光滑，所述阴极反应层的外表面包裹有阴极支撑层，所述阴极支撑层与阳极支撑层的材质相同，所述中壳筒的内部固定有支撑筒，所述支撑筒与中壳筒之间形成回热腔，所述支撑筒与阴极支撑层之间形成过气腔，所述阳极支撑层的底部与回热腔连通。本发明设有回热腔，无损解决入口过冷问题，提高同体积电堆发电量，同时增加管式电堆强度。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种管式固体氧化物燃料电池结构。

背景技术

固定氧化物燃料电池由称为第三代燃料电池，主要由阴极、阳极、电解质和连接体四个功能组件串联在一起构成一个额定发电量的电堆。

管式固体氧化物燃料电池通常采用一体式结构，以甲烷燃料为例，甲烷重整反应往往在入口段反应剧烈，伴随着吸收大量热量，而电池后半段水汽重整反应则释放热量，电池温度呈现出两端高，入口段温度较低的分布情况，即过冷效应。过冷效应会引起一个轴向的温度梯度，从而造成热应力，严重时会影响电池结构强度。

公开号为CN111224143A的中国发明专利公开了一种管式固体氧化物燃料电池结构，其沿轴向方向上分成若干层，每一层包含一个完整的管式燃料电池小单元，每个燃料电池小单元由外至内依次包括外壳体层、阳极电极、电解质层、阴极电极和螺旋导流肋片，阳极电极包括阳极电极支撑层和阳极反应层，阴极电极包括阴极反应层和阴极支撑层；外壳体与阳极电极支撑层之间间隔形成阳极气体通道，阴极支撑层内部轴心通道为阴极气体通道；每个燃料电池小单元各对应电极层厚度相同，沿轴向的宽度和组成电极的颗粒及其分布情况不同，各层颗粒直径大小沿轴向规律分布。该发明可有效增强电池传质特性，提高电池效率，还可以调节电池温度等轴向分布，控制燃料入口段过冷效应。

然而其解决过冷现象存在一个问题，其通过在沿轴向方向上分成若干层，每一层包含一个完整的管式燃料电池小单元，并将各层颗粒直径大小沿轴向规律分布，控制燃料入口段过冷效应，这样可以有效抑制入口段过冷效应，减小颗粒之间，意味着颗粒间的间隙变大，反应效率降低，从而减小热量的吸收，这也意味着入口处发电效率变低，需要靠后段弥补，对比常规可以分布，同体积下，发电量减小。

因此亟需设计一种管式固体氧化物燃料电池结构来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管式固体氧化物燃料电池结构，以解决上述背景技术中提出的入口处发电效率变低，需要靠后段弥补，对比常规可以分布，同体积下，发电量减小的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种管式固体氧化物燃料电池结构，包括外壳、阴极反应层、电解质层和阳极反应层，所述阳极反应层呈圆筒形，且所述电解质层包裹在阳极反应层外侧，所述阴极反应层包裹在电解质层的外侧，所述阴极反应层设置于外壳的内部，所述外壳包括中壳筒、端盖和底盖，所述端盖和底盖分别固定于中壳筒的上下两端，所述阳极反应层的内部贴合有阳极支撑层，所述阳极支撑层为透气耐热材质制成，且所述阳极支撑层的表面光滑，所述阴极反应层的外表面包裹有阴极支撑层，所述阴极支撑层与阳极支撑层的材质相同，所述中壳筒的内部固定有支撑筒，所述支撑筒与中壳筒之间形成回热腔，所述支撑筒与阴极支撑层之间形成过气腔，所述阳极支撑层的底部与回热腔连通。

优选的，所述端盖包括盖体，所述盖体与中壳筒固定连接，所述阴极支撑层和阳极支撑层的顶部皆与盖体的下表面固定连接，所述盖体的中心处固定有燃料添加槽，所述燃料添加槽与阳极支撑层连通，所述燃料添加槽的外侧均匀分布有进气槽，所述进气槽与过气腔连通。

优选的，所述底盖的上表面呈环形凸起，且环形凸起的右侧高于左侧，所述中壳筒的底部开设有排水孔，且所述排水孔位于底盖上表面最低处。