[发明专利]一种管式直接碳燃料电池多联产的装置及方法

权利要求书

1.一种管式直接碳燃料电池多联产的装置，其特征在于，包括电加热炉(7)和穿设在电加热炉(7)中、且两端伸出电加热炉(7)的刚玉管(14)，所述刚玉管(14)的中部开设有用于容置管式直接碳燃料电池(12)的槽口，并将刚玉管(14)分为前半部分和后半部分，且管式直接碳燃料电池(12)的两端分别与刚玉管(14)的前半部分的出口及后半部分的入口连接，所述管式直接碳燃料电池(12)为从外向内依次包覆的阴极层(12-1)、电解质层(12-2)和阳极层(12-3)组成的空心结构，所述空心结构用于装填碳质燃料，所述阴极层(12-1)和阳极层(12-3)的表面刷涂银浆作为电流收集器，且阴极层(12-1)和阳极层(12-3)通过焊接在电流收集器上的一对银丝导线(5)与电化学工作站(6)连接，所述管式直接碳燃料电池(12)的两端均采用泡沫镍堵塞，所述刚玉管(14)的前半部分的入口处安装有带孔的密封胶塞(15)并与供气系统连接，所述刚玉管(14)的后半部分的管体中设置有细刚玉管(11)，且细刚玉管(11)的入口与管式直接碳燃料电池(12)的端部连接，细刚玉管(11)的出口与连接器(10)连接，所述连接器(10)通过出气管道与尾气收集瓶(18)连接。

2.根据权利要求1所述的一种管式直接碳燃料电池多联产的装置，其特征在于，所述电加热炉(7)为卧式管式炉，且电加热炉(7)上设置有控温器(8)。

3.根据权利要求1所述的一种管式直接碳燃料电池多联产的装置，其特征在于，所述槽口与空气连通。

4.根据权利要求1所述的一种管式直接碳燃料电池多联产的装置，其特征在于，所述阴极层(12-1)为镧锶钴铁氧化物LSCF，电解质层(12-2)为钇稳定氧化锆YSZ，阳极层(12-3)为Ni和钇稳定氧化锆YSZ的多孔复合物。

5.根据权利要求1所述的一种管式直接碳燃料电池多联产的装置，其特征在于，所述进气管(15)与供气系统之间设置有进气阀门(4)，所述供气系统包括通过供气管道并联的N₂储罐(1)、CO₂储罐(2)和H₂储罐(3)，且连接N₂储罐(1)、CO₂储罐(2)和H₂储罐(3)的供气管道上均分别设置有控制阀门和流量计。

6.根据权利要求1所述的一种管式直接碳燃料电池多联产的装置，其特征在于，所述刚玉管(14)的前半部分的出口与管式直接碳燃料电池(12)的端部的连接处、细刚玉管(11)的入口与管式直接碳燃料电池(12)的端部的连接处均采用高温陶瓷胶(13)密封。

7.根据权利要求1所述的一种管式直接碳燃料电池多联产的装置，其特征在于，所述连接器(10)中装填有石英棉。

8.根据权利要求1所述的一种管式直接碳燃料电池多联产的装置，其特征在于，所述出气管道的支路上连接有气相色谱系统(17)，且支路上设置有出气阀门(16)。

9.一种利用权利要求1～权利要求8中任一权利要求所述的装置对碳质燃料进行多联产的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、采用银浆分别刷涂管式直接碳燃料电池(12)的阴极层(12-1)和阳极层(12-3)的表面作为电流收集器，并将一对银丝导线(5)焊接在电流收集器上，然后将碳质燃料的粉末装入管式直接碳燃料电池(12)的空心结构中，并采用泡沫镍进行两端封堵；

步骤二、将步骤一中两端封堵后的管式直接碳燃料电池(12)的焊接端与刚玉管(14)的前半部分的出口连接并密封，未焊接端与细刚玉管连接并密封，并保证管式直接碳燃料电池(12)与刚玉管(14)的前半部分、细刚玉管的中心线在同一水平线上，然后将焊接的一对银丝导线(5)固定在刚玉管(14)的前半部分的外壁上，并引出到电加热炉(7)的外部并与电化学工作站(6)连接；

步骤三、调节刚玉管(14)的位置以保证管式直接碳燃料电池(12)处于电加热炉(7)的恒温区并固定，然后利用供气系统N₂储罐中的N₂进行连接气密性检测，再通入H₂升温加热使得管式直接碳燃料电池(12)持续工作，碳质燃料发生反应进行多联产转化，同时采用电化学工作站(6)对多联产转化过程中管式直接碳燃料电池(12)的进行性能检测，并观察电池的开路电压，当步骤三中电池的开路电压恒压后，采用电化学工作站(6)对管式直接碳燃料电池(12)进行线性扫描分析、交流阻抗分析和恒电流放电测试，并采用气相色谱系统(17)分析碳质燃料多联产转化产生的尾气组成变化。