一种固体氧化物电解池

本技术涉及电解池，尤其涉及一种固体氧化物电解池。

背景技术：

1、固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell，简称soec)是一种将电能高效转化为化学能储存的装置，可以利用太阳能、风能或地热能等可再生能源产生的过剩电能将h2o和co2转化为h2和co等燃料。soec具有能量转化效率高、成本低廉、能实现可逆运行模式、可利用工业余热等优势，被认为是最有前景的储能方式。

2、soec按照支撑体类型主要分为电解质支撑、阴极支撑、阳极支撑和外支撑结构。由于电解质材料具有较低的离子电导率，采用较厚的电解质层会产生较大的欧姆阻抗，因此目前soec多采用阴极支撑结构和外支撑结构，以实现电解质层的薄膜化，降低soec的工作温度。soec使用阴极支撑结构和外支撑结构时，一方面要求支撑体提供足够的机械强度，另一方面要求支撑体具有多孔结构，以允许反应气体快速进入和产物气体及时排出。近年来，有人在阴极支撑体和外支撑体中引入直孔结构，以降低气体传输的阻力，实现气体的输运，从而降低soec的浓差极化，但是采用直孔结构传输气体的过程中，反应气体和产物气体在同一个通道中传输时两种气体之间存在传输阻力，造成气体的输运速度慢，不利于进一步地降低soec的浓差极化现象。

3、本实用新型就是基于这种情况作出的。

技术实现思路

1、本实用新型目的是克服了现有技术的不足，提供一种固体氧化物电解池，通过在固体氧化物电解池的支撑体中设置运输方向相反的单向流体阀以实现反应气体快速进入和产物气体及时排出，有利于进一步地降低soec的浓差极化现象。

2、本实用新型是通过以下技术方案实现的：

3、一种固体氧化物电解池，包括支撑体，所述支撑体的上方设有阴极层，所述阴极层的上方设有阳极层以及位于阴极层和阳极层两者之间的电解质层，所述支撑体上设有平板状基体以及上下贯穿所述平板状基体的单向流体阀通道组件，所述单向流体阀通道组件包括至少一个可单向输送反应气体的正向流体阀通道以及至少一个与所述正向流体阀通道设置方向相反且可单向排出产物气体的逆向流体阀通道。

4、如上所述的固体氧化物电解池，所述正向流体阀通道为正向的特斯拉阀式通道；所述逆向流体阀通道为逆向的特斯拉阀式通道。

5、如上所述的固体氧化物电解池，所述特斯拉阀式通道上设有流入口、流出口以及至少两个以串联方式连通的特斯拉阀结构单元，所述特斯拉阀结构单元包括主通道以及两端与所述主通道相连通的侧通道。

6、如上所述的固体氧化物电解池，所述正向的特斯拉阀式通道的流入口与外界连通，流出口与阴极层界面连通，以使反应气能够经正向的特斯拉阀式通道单向流入；所述逆向的特斯拉阀式通道的流入口与阴极层界面连通，流出口与外界连通，以使产物气能够经逆向的特斯拉阀式通道单向流出。

7、如上所述的固体氧化物电解池，所述正向流体阀通道与逆向流体阀通道呈间隔性交替设置。

8、如上所述的固体氧化物电解池，所述支撑体为多孔陶瓷支撑体。

9、如上所述的固体氧化物电解池，所述支撑体为多孔金属支撑体。

10、如上所述的固体氧化物电解池，所述阴极层与阳极层均为厚度为5-20μm的多孔结构层；所述电解质层为厚度为5-20μm的致密结构层。

11、与现有技术相比，本实用新型有如下优点：

12、1.本实用新型通过设计正向的特斯拉阀式通道和逆向的特斯拉阀式通道，基于特斯拉阀单向流通的特性，将反应气体和产物气体分开传输，避免两种气体在传输过程中对彼此产生的阻力，从而实现气体更快速、更高效传输。

13、2.本实用新型通过将正向流体阀通道与逆向流体阀通道呈间隔性交替设置，使反应气体和产物气体能更加均匀的分开传输，有利于实现气体传输效率的最大化。

14、3.本实用新型通过使用多孔陶瓷支撑体或者多孔金属支撑体，可以实现较薄电极层以及电解质层的设置，有利于同时降低电极层中气体扩散阻力和电解质层的欧姆阻抗，进而有利于制备出电化学性能较高的电解池。

技术特征：

1.一种固体氧化物电解池，包括支撑体(1)，所述支撑体(1)的上方设有阴极层(2)，所述阴极层(2)的上方设有阳极层(4)以及位于阴极层(2)和阳极层(4)两者之间的电解质层(3)，其特征在于所述支撑体(1)上设有平板状基体(11)以及上下贯穿所述平板状基体(11)的单向流体阀通道组件(5)，所述单向流体阀通道组件(5)包括至少一个可单向输送反应气体的正向流体阀通道(51)以及至少一个与所述正向流体阀通道(51)设置方向相反且可单向排出产物气体的逆向流体阀通道(52)。

2.根据权利要求1所述的固体氧化物电解池，其特征在于所述正向流体阀通道(51)为正向的特斯拉阀式通道；所述逆向流体阀通道(52)为逆向的特斯拉阀式通道。

3.根据权利要求2所述的固体氧化物电解池，其特征在于所述特斯拉阀式通道上设有流入口(61)、流出口(63)以及至少两个以串联方式连通的特斯拉阀结构单元(62)，所述特斯拉阀结构单元(62)包括主通道(621)以及两端与所述主通道(621)相连通的侧通道(622)。

4.根据权利要求3所述的固体氧化物电解池，其特征在于所述正向的特斯拉阀式通道的流入口(61)与外界连通，流出口(63)与阴极层(2)界面连通，以使反应气能够经正向的特斯拉阀式通道单向流入；所述逆向的特斯拉阀式通道的流入口(61)与阴极层(2)界面连通，流出口(63)与外界连通，以使产物气能够经逆向的特斯拉阀式通道单向流出。

5.根据权利要求1所述的固体氧化物电解池，其特征在于所述正向流体阀通道(51)与逆向流体阀通道(52)呈间隔性交替设置。

6.根据权利要求1所述的固体氧化物电解池，其特征在于所述支撑体(1)为多孔陶瓷支撑体。

7.根据权利要求1所述的固体氧化物电解池，其特征在于所述支撑体(1)为多孔金属支撑体。

技术总结
本技术公开了一种固体氧化物电解池，该固体氧化物电解池包括支撑体，支撑体的上方设有阴极层，阴极层的上方设有阳极层以及位于阴极层和阳极层两者之间的电解质层，支撑体上设有平板状基体以及上下贯穿平板状基体的单向流体阀通道组件，单向流体阀通道组件包括至少一个可单向输送反应气体的正向流体阀通道以及至少一个与正向流体阀通道设置方向相反且可单向排出产物气体的逆向流体阀通道。本技术通过在固体氧化物电解池的支撑体中设置运输方向相反的单向流体阀以实现反应气体快速进入和产物气体及时排出，有利于进一步地降低SOEC的浓差极化现象。

技术研发人员：王芳,刘红静,苏鹏
受保护的技术使用者：长春理工大学中山研究院
技术研发日：20230824
技术公布日：2024/3/27