废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法与流程

本发明涉及燃料电池回收利用方法技术领域，尤其涉及一种废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法。

背景技术：

随着全球范围的能源危机问题，环境污染问题愈发严重，世界各国都积极开展了对新能源电池的研究，越来越多的燃料电池投入生产和使用。其中固体氧化物燃料电池占据了一定的地位，它除了可以应用于分布式电站、应急电源之外，在电动汽车中也很多应用，如作为汽车的辅助电源、电动汽车的增程器等。

由于固体氧化物燃料电池用量的增加，随之而来的就是大量该类燃料电池的退役、报废，因此废旧固体氧化物燃料电池的处理便成为了必须面对的问题。其中一些废旧电池的性能虽然不能达到发电、车辆等领域的使用要求，但在其它要求不高的场合却仍能继续使用。对废旧固体氧化物燃料电池进行梯次利用，便达到了更加充分利用电池的目的，同时减小了废旧电池的随意丢弃对环境的污染问题。比如，车用固体氧化物燃料电池的各项性能要求都比较高，但更换下来的电池却可以在分布式电站或者应急电源中继续使用。

然而，进行梯次利用的前提是对废旧的固体氧化物燃料电池合理的评级，这就需要对电池的外观、性能衰退情况及原因进行判断，以确定废旧电池是否能够再利用，能应用在哪些场合等问题。目前，对于废旧固体氧化物燃料电池的评级并没有明确的规定，如何将这些废旧电池合理的划分等级并在适合的领域进行再利用是非常有意义的研究。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法，旨在对废旧固体氧化物燃料电池进行合理的梯次利用。

为实现上述目的，本发明提供一种废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法，包括以下步骤：

对收集来的废旧固体氧化物燃料电池进行外观检测和x射线检测后，将检测合格的电池进行电压-电流密度测试，获得电压-电流密度曲线；

根据电压-电流密度曲线，得到当前固体氧化物燃料电池的开路电压值和功率密度最大值；

根据开路电压值uocv和功率密度最大值pmax与预设用于评估的开路电压u0和最高功率密度p0进行比较，将固体氧化物燃料电池进行分级回收。

优选地，所述根据开路电压值和功率密度最大值与预设用于评估的开路电压和最高功率密度进行比较，将固体氧化物燃料电池进行分级回收的步骤具体包括：

当uocv≥80%u0且pmax≥80%p0时，则当前固体氧化物燃料电池属于第一级电池，将其用于汽车辅助电源；

当80%u0＞uocv≥50%u0且pmax≥60%p0时，则当前固体氧化物燃料电池属于第二级电池，将其用于分布式电站；

当uocv≥80%u0且80%p0＞pmax≥60%p0时，则当前固体氧化物燃料电池属于第三级电池，将其用于应急电源；

当uocv＜50%u0或pmax＜60%p0时，则当前固体氧化物燃料电池属于第四级电池，将其进行拆解回收。

优选地，将外观检测合格的电池进行电压-电流密度测试时，测试温度为650℃-800℃，为阳极侧布气板采用镍网，阳极通入氢气和空气的混合气体，氢气的流速为30-60ml/min。

优选地，氢气和空气的体积比为1：9-4：6。

优选地，将外观检测合格的电池进行电压-电流密度测试时：

测试多个测试点的电压值以及对应的电流密度值，并根据多个测试点的数值进行拟合获得电压-电流密度曲线，拟合电压-电流密度曲线与电压值纵坐标交点即为开路电压值uocv；

根据公式p=i×u，计算每个测试点的功率密度，其中，u为测试点的电压值，i为对应电压下的电流密度，根据计算的功率密度p，绘制i-p曲线，功率密度最大值即为pmax。

本发明提出的废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法，与现有技术相比，通过合理的设计测试工况，将得到的电压-电流密度曲线进行分析计算后对废旧电池进行等级划分。根据评级将废旧电池应用于不同的场合，既充分发挥了电池的剩余价值，也尽可能地缓解了能源的浪费。

附图说明

图1为本发明废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法的流程示意图；

图2为本发明废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法第一实施例的电压-电流密度图；

图4为本发明废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法第二实施例的流程示意图；

图5为本发明废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法第二实施例的电压-电流密度图；

图6为本发明废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法第三实施例的流程示意图；

图7为本发明废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法第三实施例的电压-电流密度图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，一种废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法，包括以下步骤：

步骤s10，对收集来的废旧固体氧化物燃料电池进行外观检测和x射线检测后，将检测合格的电池进行电压-电流密度测试，获得电压-电流密度曲线；

步骤s20，根据电压-电流密度曲线，得到当前固体氧化物燃料电池的开路电压值和功率密度最大值；

步骤s30，根据开路电压值uocv和功率密度最大值pmax与预设用于评估的开路电压u0和最高功率密度p0进行比较，将固体氧化物燃料电池进行分级回收。以开路电压u0=1.16v，最高功率密度p0=0.75w/cm²为标准对废旧电池进行评价。

步骤s30具体包括：

当uocv≥80%u0且pmax≥80%p0时，则当前固体氧化物燃料电池属于第一级电池，将其用于汽车辅助电源；

当80%u0＞uocv≥50%u0且pmax≥60%p0时，则当前固体氧化物燃料电池属于第二级电池，将其用于分布式电站；

当uocv≥80%u0且80%p0＞pmax≥60%p0时，则当前固体氧化物燃料电池属于第三级电池，将其用于应急电源；

当uocv＜50%u0或pmax＜60%p0时，则当前固体氧化物燃料电池属于第四级电池，将其进行拆解回收。

属于第一级电池其性能相对较好，可以在功率需求较小的汽车辅助电源上继续使用。对于第二级电池，由于固体氧化物燃料电池在分布式电站中的使用，通常不是在最高功率密度下工作，而是考虑其工作电压，通常取0.6-0.9v作为电池发电的工作电压范围。所以，只要符合开路电压的要求即可在分布式电站中继续使用。对于第三级电池，应急电源虽然对电池功率要求不高，但需要有较高的可靠性，所以在保证较高开路电压时，拥有较低的功率也可在使用频次较低的应急电源中继续使用。对于第四级电池，较小的开路电压表明电解质的气密性出现了缺陷，并且较小的最大功率密度表明固体氧化物燃料电池的综合性能较差，均需要拆解回收。

具体地，将外观检测合格的电池进行电压-电流密度测试时，测试温度为650℃-800℃，为阳极侧布气板采用镍网（可采用120目），阳极通入氢气和空气的混合气体，氢气的流速为30-60ml/min。氢气和空气的体积比为1：9-4：6。等待电池运行稳定后才能开始测量。相邻测试点的电压间隔约为0.05v。

对收集来的废旧固体氧化物燃料电池进行外观检测时，先检查电池参数的标示、电池组的连接后，通过x射线无损检测设备检查其内部。检查电池参数的标示是否清晰，是否有破损、碎裂等问题，电池组的连接是否完好、有无变形。

将外观检测合格的电池进行电压-电流密度测试时：

测试多个测试点的电压值以及对应的电流密度值，并根据多个测试点的数值进行拟合获得电压-电流密度曲线，拟合电压-电流密度曲线与电压值纵坐标交点即为开路电压值uocv；

根据公式p=i×u，计算每个测试点的功率密度，其中，u为测试点的电压值（单位为v），i为对应电压下的电流密度（单位为a/cm²），根据计算的功率密度p，绘制i-p曲线，功率密度最大值即为pmax。

以下结合三个实施例具体说明。

实施例一

结合参照图2和图3，一种废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法步骤如下：

1、对收集来的废旧电池1进行外观检测。

2、设计固体氧化物燃料电池的性能测试工况。

3、测试固体氧化物燃料电池1的电压-电流密度曲线。

4、根据测试所得参数对电池进行合理的分级并梯次利用。

步骤（1）外观检测，检测内容有：废旧电池1参数的标示是否清晰，是否有破损、碎裂等问题，电池组的连接是否完好、有无变形。通过x射线无损检测设备对废旧电池进行x射线拍片，以确定电池内部是否出现破损、缺陷。筛选出具有梯次利用价值的固体氧化物燃料电池，并按照标定参数对电池1进行分类。

步骤（2）将收集来的废旧电池1按设计的测试工况进行测试，待电池运行稳定后开始测量。其中测试工况为：测试温度为700℃、阳极通入湿润的20%氢气和80%空气的混合气体，其中氢气的流速为40ml/min。其中需要注意的是，阳极侧的布气板采用120目的镍网。

步骤（3）将步骤（2）测试中所得的电压-电流密度图拟合并计算功率密度p，绘制i-p曲线。从曲线中能够得到废旧固体氧化物燃料电池1的开路电压uocv=0.93v，pmax=0.62w/cm²。因此有uocv=80.2%u0，pmax=82.7%p0。

步骤（4）对步骤（3）所得参数进行比较分析，得到uocv≥80%u0且pmax≥80%p0。所以，此废旧固体氧化物燃料电池1总体性能较好应该分为第一级电池，可以在功率需求较小的汽车辅助电源上可以继续使用。

实施例二

结合参照图4和图5，一种废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法步骤如下：

1、对收集来的废旧电池2进行外观检测。

2、设计固体氧化物燃料电池性能的测试工况。

3、测试固体氧化物燃料电池2的电压-电流密度曲线。

4、根据测试所得参数对电池进行合理的分级并梯次利用。

步骤（1）外观检测，检测内容有：废旧电池2参数的标示是否清晰，是否有破损、碎裂等问题，电池组的连接是否完好、有无变形。通过x射线无损检测设备对废旧电池进行x射线拍片，以确定电池内部是否出现破损、缺陷。筛选出具有梯次利用价值的固体氧化物燃料电池，并按照标定参数对电池2进行分类。

步骤（2）将收集来的废旧电池2按设计的测试工况进行测试，待电池运行稳定后开始测量。其中测试工况为：测试温度为700℃、阳极通入湿润的20%氢气和80%空气的混合气体，其中氢气的流速为40ml/min。其中需要注意的是，阳极侧的布气板采用120目的镍网。

步骤（3）将步骤（2）测试中所得的电压-电流密度图拟合并计算功率密度p，绘制i-p曲线。得到废旧固体氧化物燃料电池2的开路电压uocv=0.79v，pmax=0.63w/cm²。因此有uocv=68.1%u0，pmax=84%p0。

步骤（4）对步骤（3）所得参数进行比较分析，得到80%u0＞uocv≥50%u0且pmax≥80%p0。所以，此废旧固体氧化物燃料电池2应该分为第二级，在发电容量需求较低的分布式电站中可以继续使用。

实施例三

结合参照图6和图7，一种废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法步骤如下：

对收集来的废旧电池3进行外观检测。

设计固体氧化物燃料电池性能的测试工况。

测试固体氧化物燃料电池3的电压-电流密度曲线。

根据测试所得参数对电池进行合理的分级并梯次利用。

步骤（1）外观检测，检测内容有：废旧电池3参数的标示是否清晰，是否有破损、碎裂等问题，电池组的连接是否完好、有无变形。通过x射线无损检测设备对废旧电池进行x射线拍片，以确定电池内部是否出现破损、缺陷。筛选出具有梯次利用价值的固体氧化物燃料电池，并按照标定参数对电池3进行分类。

步骤（2）将收集来的废旧电池3按设计的测试工况进行测试，待电池运行稳定后开始测量。其中测试工况为：测试温度为700℃、阳极通入湿润的20%氢气和80%空气的混合气体，其中氢气的流速为40ml/min。其中需要注意的是，阳极侧的布气板采用120目的镍网。

步骤（3）将步骤（2）测试中所得的电压-电流密度图拟合并计算功率密度p，绘制i-p曲线。得到废旧固体氧化物燃料电池3的开路电压uocv=0.84v，pmax=0.42w/cm²。因此有uocv=72.4%u0，pmax=56%p0。

步骤（4）对步骤（3）所得参数进行比较分析，得到pmax＜60%p0。所以，此废旧固体氧化物燃料电池应该分为第四级，表明固体氧化物燃料电池3的综合性能较差，需要拆解回收。

本发明提出的废旧固体氧化物燃料电池梯次利用的分级方法，与现有技术相比，通过合理的设计测试工况，将得到的电压-电流密度曲线进行分析计算后对废旧电池进行等级划分。根据评级将废旧电池应用于不同的场合，既充分发挥了电池的剩余价值，也尽可能地缓解了能源的浪费。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。