并联呼吸型板仓连接式固体碳燃料电池堆及其发电方法_2

文档序号:8414396阅读:来源:国知局
]所述阳极板仓和阴极板仓之间的连接方式为通过电解液仓连接,电解液仓和/或连接管道绝缘,所述阳极板仓、阴极板仓和电解液仓内均注入电解液,所述阳极板仓和阴极板仓分别通过阳极电解液连通口和阴极电解液连通口与电解液仓连接;或所述阳极板仓和阴极板仓之间的连接方式为通过带有连通口的绝缘板连接,阳极板仓和阴极板仓分别通过阳极电解液连通口和阴极电解液连通口与带有连通口的绝缘板连接。
[0040]所述呼气支气管与燃料输送装置之间的阳极进气管上设置阳极控制阀;所述与阴极进气管连接的呼气支气管上设置阴极控制阀。
[0041]所述电池单元为1-600组。
[0042]并联呼吸型板仓连接式固体碳燃料电池堆的发电方法:其特征在于:在每组电池单元内保持阳极板仓、阴极板仓和电解液仓或阳极板仓、阴极板仓中熔融KOH和/或NaOH温度为400-650°C的条件下,向阳极板仓中送入碳燃料,同时向阴极板仓中送入含有氧气和/或空气和H2O的混合气体,在阳极板仓和阴极板仓中发生燃料电池反应;开启呼吸装置,阳极板仓中产生的和剩余的气体通过排气管道进入呼吸装置,呼吸装置增压后将气体送入阳极板仓和阴极板仓,然后向阳极板仓通入碳燃料,阴极板仓通入氧气和/或空气,阳极板仓和/或阴极板仓通入H2O,在阳极板仓和阴极板仓中发生燃料电池反应,阳极板仓排出气体循环呼吸利用,与外电路形成持续的电流环路。
[0043]所述的并联呼吸型板仓连接式固体碳燃料电池堆的发电方法:其特征在于:包括以下具体步骤:
[0044](I)预处理
[0045]向每组电池单元的阳极板仓、阴极板仓和电解液仓或阳极板仓、阴极板仓内加入电解液KOH和/或NaOH的原料,加热电解液原料形成熔融的KOH和/或NaOH,并维持该电解液温度为400-650°C,使该电解液浸入阴极进气管和阳极进气管,且未浸入阳极排气管和阴极排气管;
[0046](2)电池单元内启动反应
[0047]在每组电池单元中,通过气体输送装置向阴极进气管送入含有氧气或/和空气和H2O的混合气体,利用载气通过燃料输送装置向阳极进气管送入碳燃料,所述载气为C02、N2、H2O, Ar、He的一种或几种气体,在阴极板仓内,氧气和H2O反应生成0H_,获得电子,0H_扩散到电解液中,进入阳极板仓,0H_与碳燃料反应生成CO 2和H2O,副反应生成CO,失去电子,电子通过阳极集流板到外电路,再经阴极集流板完成电流环路;
[0048](3)气体呼吸循环
[0049]继续向阴极进气管中送入氧气或/和空气,继续向阳极进气管中送入碳燃料,同时向阴极进气管和/或阳极进气管中送入h20,开启呼吸装置、阳极控制阀和阴极控制阀,设置呼吸装置呼气时,阳极控制阀和阴极控制阀打开,设置呼吸装置吸气时,阳极控制阀和阴极控制阀闭合,停止送入载气,阳极板仓中反应后的气体C02、CO、H2O和剩余的气体随吸气支管道及吸气主管道进入呼吸装置,该气体又被呼吸装置通过呼气主管道和呼吸支管道送入阳极进气管和阴极进气管,送入阳极进气管的气体作为载气输送碳燃料和H2O或碳燃料进入阳极板仓,送入阴极进气管的气体中,H2O在阴极板仓参与反应,CO与通过气体输送装置进入阴极板仓的氧气反应生成C02,0)2及其他剩余的气体经阴极出气管排出;气体循环呼吸,阳极板仓和阴极板仓中的反应持续进行,与外电路形成持续的电流环路。
[0050]并联呼吸型板仓连接式固体碳燃料电池堆的发电方法:其特征在于:在每组电池单元内保持阳极板仓、阴极板仓和电解液仓或阳极板仓、阴极板仓中熔融K2CCVFp /或Na2CC^P /或Li 2C03温度为750_1000°C的条件下,向阳极板仓中送入碳燃料,同时向阴极板仓中送入含有氧气和/或空气,在阳极板仓和阴极板仓中发生燃料电池反应;开启呼吸装置,阳极板仓中产生的和剩余的气体通过排气管道进入呼吸装置,呼吸装置增压后将气体送入阳极板仓和阴极板仓,然后向阳极板仓通入碳燃料,阴极板仓通入氧气和/或空气,在阳极板仓和阴极板仓中发生燃料电池反应,阳极板仓排出气体循环呼吸利用,与外电路形成持续的电流环路。
[0051]并联呼吸型板仓连接式固体碳燃料电池堆的发电方法:其特征在于:包括以下具体步骤:
[0052](I)预处理
[0053]向每组电池单元的阳极板仓、阴极板仓和电解液仓或阳极板仓、阴极板仓内加入电解液K2COdP /或Na 20)3和/或Li 20)3原料,加热电解液原料形成熔融的K 20)3和/或Na2COjP /或Li 2C03,并维持该电解液温度为750_1000°C,使该电解液浸入阴极进气管和阳极进气管,且未浸入阳极排气管和阴极排气管;
[0054](2)电池单元内启动反应
[0055]在每组电池单元中,通过气体输送装置向阴极进气管送入含氧气和/或空气和二氧化碳的混合气体,利用载气通过燃料输送装置向阳极进气管送入碳燃料,所述载气为C02、N2、Ar、He的一种或几种气体,在阴极板仓内,氧气和二氧化碳反应生成C032_,获得电子,C032_扩散到电解液中,进入阳极板仓,CO 32_与碳燃料反应生成CO2,副反应生成CO,失去电子,电子通过阳极集流板到外电路,再经阴极集流板完成电流环路;
[0056](3)气体呼吸循环
[0057]停止向阴极进气管中送入二氧化碳,继续向阴极进气管中送入氧气或空气,继续向阳极进气管中送入碳燃料,开启呼吸装置、阳极控制阀和阴极控制阀,设置呼吸装置呼气时,阳极控制阀和阴极控制阀的打开,设置呼吸装置吸气时,阳极控制阀和阴极控制阀闭合,停止送入载气,阳极板仓中反应后的气体co2、CO和剩余的气体随吸气支管道及吸气主管道进入呼吸装置,该气体又被呼吸装置通过呼气主管道和呼吸支管道送入阳极进气管和阴极进气管,送入阳极进气管的气体作为载气输送碳燃料进入阳极板仓,送入阴极进气管的气体中,CO与通过气体输送装置进入阴极板仓的氧气反应生成C02,0)2及其他剩余的气体经阴极出气管排出,气体循环呼吸,阳极板仓和阴极板仓中的反应持续进行,与外电路形成持续的电流环路。
[0058]所述碳燃料是石墨、焦炭、炭黑、煤、活性炭、生物质炭或石油焦的一种或几种,其颗粒的粒径为10-200目。
[0059]所述加入到阳极板仓和阴极板仓中的氧气和/或空气和H2O的气体中氧气和H2O的摩尔比为0.1?10:1。
[0060]所述向阴极进气管送入含氧气和/或空气和二氧化碳的混合气体中氧气和二氧化碳的摩尔比为O. I?10:1。
[0061]本发明获得的有益效果是:
[0062](I)该电池堆采用多组电池单元并联连接在一起,然后由呼吸装置提供阳极进气、阴极进气和阳极出气的正负压力,充分利用了呼吸装置,提高电池效率,设置阳极板仓和阴极板仓之间绝缘且通过电解液仓或带有连通口的绝缘板连接,减少或省去了大容积的电解液仓,降低成本,安全系数更高;
[0063](2)该电池堆的阳极和阴极的电极采用螺旋式管道设计,延长燃料通道,同时燃料浓度和电极表面积相匹配,提高电极效率和燃料效率,降低电池极化,减少内阻,减少电池内电路消耗,增加电池外电路功率;
[0064](3)该电池堆阳极排气管与呼吸装置连接,阳极排气管排出的水蒸气可以通过呼吸装置返回到阳极进气管和阴极进气管,提高水的利用率,同时水在整个过程中都是在装置中运行,不需要额外的预热或加热,节省能源;
[0065](4)通过燃料输送装置增加了水蒸汽通道,水蒸汽加入后,有利于阻止OH—与0)2反应生成co32_,减缓电解液的碳酸化,增加电池寿命;
[0066](5)增加了阳极排气后通过呼吸装置回流的通道,阳极排出的气体输送到阳极进气管和阴极进气管循环利用,不需要额外的补充较高温度的包含惰性气体的载气气体,减少外界载气气体的使用,也减少额外的预热或加热,降低电池成本。
【附图说明】
[0067]图I为并联呼吸型板仓通过电解液仓连接式固体碳燃料电池堆俯视结构示意图。
[0068]图2为图I中电池单元俯视结构示意图。
[0069]图3为图I电池单元正视结构示意图。
[0070]图4为并联呼吸型板仓通过带有连通口的绝缘板连接式固体碳燃料电池堆的电池单元正视结构示意图。
[0071]图5为图3或图4中螺旋式管道俯视结构示意图。
[0072]图中:1、呼吸装置,2、呼气主管道,3、吸气主管道,4、吸气支管道,5、呼气支管道,
6、电池单元,61、电解液仓,7、阳极板仓,8、阴极板仓,9、带有连通口的绝缘板,10、阳极进气管,11、阳极接线板,111、阳极排气管,12、阴极接线板,121、阴极排气管,13、阴极进气管,14、电解液,15、螺旋式管道,16、阳极电解液连通口,17、阴极电解液连通口,18、电极填料,19、燃料输送装置,20、气体输送装置,21、阳极控制阀,22、阴极控制阀
【具体实施方式】
[0073]下面结合具体实施例及附图详细说明本发明,但本发明并不局限于具体实施例。
[0074]实施例I
[0075]如附图1-3所示为并联呼吸型板仓通过电解液仓连接式固体碳燃料电池堆,包括呼吸装置I、电池单元6,六十组电池单元并联连接于呼吸装置之上,呼吸装置的高压端连接呼气主管道2,呼吸装置的低压端连接吸气主管道3,呼气主管道连接十根呼气支管道5,吸气主管道连接十根吸气支管道4,六组电池单元的阳极进气管10和阴极进气管13上端均连接于呼气支管道5之上,六组电池单元的阳极排气管111上端连接于吸气支管道4之上;
[0076]每组电池单元包括阳极板仓7和阴极板仓8,阳极板仓和阴极板仓包括大板仓室和小板仓室,阳极板仓的小板仓室底端设置有阳极电解液连通口 16,阴极板仓小板仓室底端设置有阴极电解液连通口 17 ;
[0077]阳极板仓7和阴极板仓8之间通过连接的方式进行电解液流通且阳极板仓7和阴极板仓8之间绝缘;阳极板仓7和阴极板仓8之间的连接方式为通过电解液仓连接,电解液仓绝缘,所述阳极板仓、阴极板仓和电解液仓内均注入电解液14,所述阳
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