一种双极板、质子导体电解池堆及应用

本发明涉及固体氧化物电解池领域，具体涉及一种双极板、质子导体电解池堆及应用。

背景技术：

1、质子传导型固体氧化物电解池可以利用风能、太阳能等可再生能源电解水蒸气制备“绿氢”。相比传统的氧离子传导型固体氧化物电解池，质子传导型固体氧化物电解池电解水产生的氢气形成于燃料电极，无需后续分离操作。

2、质子导体型固体氧化物电解池的实际应用必须突破规模化发展的问题。由于目前典型的ba(ce,zr)o3基电解质烧结活性差，且在环境气氛中稳定性差，导致质子导体规模化发展受到限制。大尺寸的质子导体膜电极很难制备。针对小尺寸的膜电极，如何在同样体积的电堆中实现较大的功率等级，如何保证电堆内流场、温度场的均匀分布，是推进质子传导型固体氧化物电解池实际应用的关键。因此，本领域急需开发适用质子传导型固体氧化物电解池堆的结构设计。

技术实现思路

1、为了克服小尺寸膜电极难于装配大功率电堆的问题，本发明提供了一种双极板、质子导体电解池堆及应用，适用小尺寸质子传导型膜电极装配成堆，且电堆高度减小，有利用电堆阴阳极气体在电堆内部的分布。

2、本发明提供了一种双极板，所述双极板设有阳极面和阴极面，所述阳极面上设置n个阳极填充槽，所述阳极填充槽内设置阳极气体流道；所述阴极面上设置n个阴极填充槽，所述阴极填充槽内设置阴极气体流道，所述阳极填充槽与所述阴极填充槽在位置上相对应，其中，n≥2；在至少两个阴极填充槽之间设置阴极气体进入气道，所述阴极气体进入气道与阴极气体气源连通。

3、进一步地，所述双极板选自sus430材质、zml232l材质或crofer22apu材质。

4、本发明还提供了一种质子导体电解池堆，依次包括上固定板、上绝缘板、上集电板、多个电池重复单元、下集电板、下绝缘板和下固定板；

5、所述电池重复单元依次包括阳极集电网、膜电极、阴极集电网和上述的双极板，所述阳极集电网设置在所述双极板的阳极填充槽内，所述阴极集电网设置在所述双极板的阴极填充槽内，所述膜电极位于相邻两个双极板的阳极集电网和阴极集电网之间。

6、进一步地，每一块所述膜电极的有效面积s≤25cm2。

7、进一步地，所述膜电极与所述双极板之间，所述上集电板与所述多个电池重复单元之间，以及所述多个电池重复单元与所述下集电板之间均设有密封垫。

8、进一步地，相邻所述双极板之间设有绝缘垫，防止相邻所述双极板的本体接触。

9、本发明还提供了一种上述质子导体电解池堆在电解水蒸气、电解二氧化碳、供电解水蒸气和二氧化碳、电解碳氢燃料或固体氧化物燃料电池发电中的应用。

10、本发明的有益效果为：

11、现有质子导体膜电极的规模化发展受到限制，膜电极的外形尺寸较小，如果按照传统电堆结构设计，质子传导型电堆内气体分布一致性也较差。本发明提出了新的质子传导型电堆结构，适用小尺寸质子传导型膜电极装配成堆，且电堆高度减小，有利用电堆阴阳极气体在电堆内部的分布，电堆结构紧凑，可在300～600℃显示出较高的功率密度。本电堆结构特别适用电解水蒸气、电解二氧化碳、供电解水蒸气和二氧化碳及电解碳氢燃料。也可用于氢气、甲烷等碳氢燃料的发电应用。

技术特征：

1.一种双极板，其特征在于，所述双极板(7)设有阳极面和阴极面，所述阳极面上设置n个阳极填充槽，所述阳极填充槽内设置阳极气体流道；所述阴极面上设置n个阴极填充槽，所述阴极填充槽内设置阴极气体流道，所述阳极填充槽与所述阴极填充槽在位置上相对应，其中，n≥2；在至少两个阴极填充槽之间设置阴极气体进入气道(13)，所述阴极气体进入气道(13)与阴极气体气源连通。

2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述双极板(7)选自sus430材质、zml232l材质或crofer22apu材质。

3.一种质子导体电解池堆，其特征在于，依次包括上固定板(1)、上绝缘板(2)、上集电板(3)、多个电池重复单元、下集电板(8)、下绝缘板(9)和下固定板(10)；

4.根据权利要求3所述的质子导体电解池堆，其特征在于，每一块所述膜电极的有效面积s≤25cm2。

5.根据权利要求3所述的质子导体电解池堆，其特征在于，所述膜电极(5)与所述双极板(7)之间，所述上集电板(3)与所述多个电池重复单元之间，以及所述多个电池重复单元与所述下集电板(8)之间均设有密封垫(11)。

6.根据权利要求3所述的质子导体电解池堆，其特征在于，相邻所述双极板(7)之间设有绝缘垫(12)。

7.一种权利要求3～6中任意一项所述的质子导体电解池堆在电解水蒸气、电解二氧化碳、供电解水蒸气和二氧化碳、电解碳氢燃料或固体氧化物燃料电池发电中的应用。

技术总结
本发明公开了一种双极板、质子导体电解池堆及应用，属于固体氧化物电解池领域。本发明的双极板设有阳极面和阴极面，所述阳极面上设置N个阳极填充槽，所述阳极填充槽内设置阳极气体流道；所述阴极面上设置N个阴极填充槽，所述阴极填充槽内设置阴极气体流道，所述阳极填充槽与所述阴极填充槽在位置上相对应，其中，N≥2；在至少两个阴极填充槽之间设置阴极气体进入气道，所述阴极气体进入气道与阴极气体气源连通。本发明的电解堆结构特别适用尺度不宜放大的质子传导型膜电极装配电堆，电堆结构简单紧凑，可实现小尺寸膜电极装配大功率电堆。

技术研发人员：赵哲,李木清,邵志刚,程谟杰
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12