700°C后进入栗6，在栗6中进行增压至1.0MPa后，输入到预混器3中，与补给的水进行混合；固体氧化物燃料电池阴极输出的尾气(N2、02)进入换热器二 7，对冷空气进行预热，然后排空；常温空气首先进入换热器一 5升温至20(TC，然后再进入换热器二 7升温至60(TC，最后进入固体氧化物燃料电池4的阴极。固体氧化物燃料电池4所产生的70V直流电能通过DC/DC变压器8升压至140V，将直流电输入到固体氧化物电解池2中。
[0040]实施例2
[0041]如图1所示，通过太阳能发电产生的电能输入到AC/DC转换器1，通过AC/DC转换器I将220V交流电转化为280V直流电，并输入到由200片电池组成的固体氧化物电解池2中，100个固体氧化物电解池进行并联工作；在固体氧化物电解池2的正极，通过电解池正极反应将来自预混器3的20mol % H2的750 °C Η2/Η20混合气中的H2O转化为H2，输出70mol %比的850°C Η2/Η20混合气，同时在固体氧化物电解池2的负极产出高纯02(02>99.995% );70mol % H2的850°C Η2/Η20混合气进入固体氧化物燃料电池4的阳极，通过电化学反应将混合气中的H2转化为H2O,输出20mol%比的950°C Η2/Η20混合气，同时在固体氧化物燃料电池4的阴极消耗来自换热器二 7的高温空气中的O2，与此同时固体氧化物燃料电池4向外输出140V直流电能；固体氧化物燃料电池4阳极输出的20mol% H2的900°C Η2/Η20混合气进入换热器一 5，降温至750°C后进入栗6，在栗6中进行增压至35.0MPa后，输入到预混器3中，与补给的水进行混合；固体氧化物燃料电池阴极输出的尾气(N2、02)进入换热器二 7，对冷空气进行预热，然后排空；常温空气首先进入换热器一 5升温至250°C，然后再进入换热器二 7升温至650°C，最后进入固体氧化物燃料电池4的阴极。固体氧化物燃料电池4所产生的140V直流电能通过DC/DC变压器8升压至280V，将直流电输入到固体氧化物电解池2中。
【主权项】
1.一种基于固体氧化物电解质的电解水制氧系统，其特征在于，包括: AC/DC转换器(1)，将交流电转化为直流电； 固体氧化物电解池(2)，与AC/DC转换器(1)连接接收其输出的电能，与预混器(3)连接接收其提供的贫Η2/Η20混合气，该贫Η2/Η20混合气在固体氧化物电解池(2)正极反应得到富Η2/Η20混合气，负极反应得到纯度大于等于99.995%的O2; 固体氧化物燃料电池(4)，与固体氧化物电解池(2)连接接收其得到的富Η2/Η20混合气，该富Η2/Η20混合气在固体氧化物燃料电池(4)的阳极反应得到贫Η2/Η20混合气； 换热器一(5)，与固体氧化物燃料电池(4)连接接收其得到的贫Η2/Η20混合气，与空气源连接接收空气，对贫Η2/Η20混合气进行降温，降温后的贫Η2/Η20混合气通过栗(6)增压输入至预混器(3)，升温后的空气输入至换热器(7); 换热器二(7)，与换热器一(5)连接接收其提供的空气，与固体氧化物燃料电池(4)连接接收其阴极输出的高温尾气，对空气进行进一步升温，进一步升温后的空气输入至固体氧化物燃料电池(4)阴极向其提供氧气。2.根据权利要求1所述基于固体氧化物电解质的电解水制氧系统，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池(4)与固体氧化物电解池(2)连接向其提供直流电能。3.根据权利要求1所述基于固体氧化物电解质的电解水制氧系统，其特征在于，所述预混器(3)连接有补给水。4.一种基于固体氧化物电解质的电解水制氧方法，其特征在于: 利用AC/DC转换器(1)将交流电转化为直流电并向固体氧化物电解池(2)提供； 利用预混器(3)向固体氧化物电解池(2)提供贫Η2/Η20混合气，在其正极，通过电解池正极反应将贫Η2/Η20混合气中的H2O转化为H2，输出富Η2/Η20混合气，同时在其负极产出纯度大于等于99.995%的O2; 将所得富4/!120混合气送至固体氧化物燃料电池(4)的阳极，通过电化学反应将富H2/H2O混合气中的H2转化为H 20，输出贫Η2/Η20混合气； 将固体氧化物燃料电池(4)输出的贫比/!120混合气送至换热器一(5)，同时向换热器一 (5)中送入空气，贫Η2/Η20混合气在换热器一(5)中降温； 将在换热器一(5)中降温后的贫Η2/Η20混合气送入栗(6)，在栗(6)中进行增压后，输入到预混器(3)中，与补给的水进行混合； 将固体氧化物燃料电池(4)阴极输出的尾气和换热器一(5)中升温后的空气送入换热器二(7)，对空气进行进一步升温，然后将尾气排空；进一步升温的空气送入固体氧化物燃料电池⑷的阴极，在固体氧化物燃料电池⑷的阴极消耗其中的02。5.根据权利要求4所述基于固体氧化物电解质的电解水制氧方法，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池⑷产生的直流电能通过DC/DC变压器(8)，将直流电输入到固体氧化物电解池⑵中。6.根据权利要求4所述基于固体氧化物电解质的电解水制氧方法，其特征在于，所述AC/DC转换器(I)所转化的交流电为风能或太阳能产生的电能。7.根据权利要求4所述基于固体氧化物电解质的电解水制氧方法，其特征在于，所述固体氧化物电解池(2)，由正极、负极以及固体氧化物电解质组成单个电解池，然后由多个电解池通过串并联组合方式组成大规模固体氧化物电解池，工作温度范围为600°C -1000°C，工作压力范围为 0.lMPa-20MPa ； 所述固体氧化物燃料电池(4)，由阳极、阴极以及固体氧化物电解质组成单个燃料电池，然后由多个燃料电池通过串并联组合方式组成大规模固体氧化物燃料电池，工作温度范围为600°C -1000°C，工作压力范围为0.lMPa-20MPa。8.根据权利要求7所述基于固体氧化物电解质的电解水制氧方法，其特征在于， 所述固体氧化物电解质为氧化乾稳定的氧化错(Yttria Stabilized Zirconia,YSZ)、钪稳定的氧化错(Scandia Stabilized Zirconia, ScSZ)或氧化iIL掺杂的氧化铺(Gadolinia-Doped Ceria, GDC)； 所述电解池正极采用Ni基催化剂，并与固体氧化物电解质烧结在一起； 所述电解池负极采用锶掺杂的锰酸镧(LSM)，并与固体氧化物电解质烧结在一起； 所述燃料电池阳极采用Ni基催化剂，并与固体氧化物电解质烧结在一起； 所述燃料电池阴极采用锶掺杂的锰酸镧(LSM)，并与固体氧化物电解质烧结在一起。9.根据权利要求4所述基于固体氧化物电解质的电解水制氧方法，其特征在于， 所述贫h2/h2o混合气，为温度大于100°C的Η2/Η20混合气体，其中&的摩尔分数小于.0.3。所述富Η2/Η20混合气，为温度大于100°C的Η2/Η20混合气体，其中比的摩尔分数大于.0.7。
【专利摘要】一种基于固体氧化物电解质的电解水制氧系统与方法，将交流电转化为直流电向固体氧化物电解池提供；向固体氧化物电解池提供贫H2/H2O混合气，在正极反应输出富H2/H2O混合气，在负极产出高纯O2；所得富H2/H2O混合气送至固体氧化物燃料电池的阳极，通过电化学反应输出贫H2/H2O混合气；将空气和输出的贫H2/H2O混合气送至换热器一，贫H2/H2O混合气在其中降温；降温后通过泵输入到预混器中，与补给水混合；固体氧化物燃料电池阴极输出的尾气和换热器一中升温后的空气送入换热器二，进一步升温的空气回送至阴极消耗其中的O2，本发明将电解池与燃料电池相结合，能实现大规模制取高纯O2，降低系统成本，提高电解水制氧系统的寿命，并能利用风能/太阳能等可再生能源产生的电能。
【IPC分类】C25B9/04, C25B9/06, C25B1/04, H01M8/04
【公开号】CN105154907
【申请号】CN201510609573
【发明人】许世森, 王洪建, 程健, 张瑞云, 王鹏杰, 任永强
【申请人】中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月22日