氢能专利库

本发明提供了一种高温固体氧化物制氢系统及其电解控制方法。其中，高温固体氧化物制氢系统的电解控制方法，包括：检测电堆空气侧出口温度变化速率，当电堆空气侧出口温度变化速率小于第一设定值时，则增加电加热器出口温度设定值，增大电堆入口空气流量；当电堆空气侧出口温度变化速率在第一设定值和设定限值之间时，电加热器出口温度设定值维持不变；当电堆空气侧出口温度变化速率大于设定限值时，降低电加热器出口温度设定值至第二设定值，降低电堆入口空气流量。达到提高制氢效率的目的。

本发明提供了一种利用钢铁厂余热制氢的固体氧化物电解池系统，属于制氢技术领域，解决了现有技术对钢铁厂余热利用率不高、能量损失较大的问题。该系统包括空气鼓风机、电动三通球阀、第一换热器、三通阀、固体氧化物电解池电堆、余热锅炉、蒸气轮组发电机、AC/DC转换器。第一换热器的支路一通入钢铁厂生成的高温气体或固体，其支路一输出端依次经余热锅炉、蒸气轮组发电机、AC/DC转换器接固体氧化物电解池电堆的电极。电动三通球阀的输入端接空气鼓风机，其输出端一经第一换热器的支路二接三通阀的输入端一，其输出端二直接接三通阀的输入端二。三通阀的输出端接固体氧化物电解池电堆的空侧入口。利用钢铁厂余热为该电解池电堆提供预热后空气和电源。

本发明提供一种燃料电池共电解H2O和CO2合成甲烷系统，包括SOEC、空气压缩加热系统、循环式碳氢补偿系统和甲烷制备系统；所述空气压缩加热系统：将空气进行导入后在通过第一电加热器加热后在导入SOEC电解生成CO和O2，在将O2进行排出；所述循环式碳氢补偿系统：将水进行蒸发和制备甲烷过程中剩余的CO和CO2和水蒸气一起经过第二电加热器加热后在导入至SOEC进行电解补氢；所述甲烷制备系统：将SOEC内电解后的CO、H2和水蒸气一起分离在通过甲烷化反应器制备得到CO2和CH4在进行循环和排放。本发明通过产生的气体不再以高压形态存储在储气罐中，而是通过甲烷化反应进一步转化为甲烷燃料。

本发明提供了一种制备甲烷或烃的燃料电池共解槽系统，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术能源利用效率较低、缺乏系统优化的问题。该系统包括SOEC电堆、风机、电加热器、空气‑燃气换热器、蒸汽发生器、混合器、压缩机、重整器、费托反应器、储气罐。其中，风机、电加热器、空气‑燃气换热器的空气支路依次连接，获得高温空气至SOEC电堆的空气进气口；蒸汽发生器获得的水蒸气、CO2的混合气体经空气‑燃气换热器的燃气支路进入混合器中，与氢气混合后，输出至SOEC电堆的燃料进气口。SOEC电堆输出的燃料极尾气依次经压缩机、重整器进入费托反应器，获得甲烷或烃类燃料气体输送至储气罐存储。实现了系统优化以及能源的充分利用。

本申请涉及制氢系统领域，并公开了一种自供热的电解槽制氢系统，包括固体氧化物电解槽提供压缩空气的供氧线路，为固体氧化物电解槽提供水蒸气的供水线路，导出固体氧化物电解槽中氢气的出氢线路，并在出氢线路末端设置水气分离装置，水气分离装置的出气端连接有储气罐，储气罐通过水气混合装置与供水线路连接，通过在供水线路上设置有用于加热水蒸气的第一换热器，供氧线路上设有用于加热空气的第二换热器，且供热装置分别为第一换热器及第二换热器进行供热，通过第一换热器及第二换热器来替换电加热装置，从而消除因使用电机加热器加热所存在安全隐患，减少资源浪费且提升制氢效率并降低外部电消耗。

本申请涉及制氢系统领域，并公开了一种具有固体氧化物电解槽的制氢系统，包括为固体氧化物电解槽提供压缩空气的供氧线路，为固体氧化物电解槽提供水蒸气的供水线路，导出固体氧化物电解槽中氢气的出氢线路，并在出氢线路末端设置水气分离装置，水气分离装置的出气端连接有储气罐，储气罐通过水气混合装置与供水线路连接，通过在供水线路上设置用于加热水蒸气的换热器，在供氧线路上设置用于加热空气的氢气燃烧加热装置，以此来替换电加热装置，从而解决因使用电机加热器加热所存在安全隐患、造成资源浪费且制氢效率低的问题。

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池电解质薄膜制备方法，方法包括：提供阳极基底，阳极基底包括金属支撑体以及位于金属支撑体上的燃料极层，其中，金属支撑体上具有多孔区域，以及沿金属支撑体外表面以及多孔区域的多孔内壁设置的保护涂层，燃料极层覆盖多孔区域；在阳极基底上采用磁控溅射法溅射电解质薄膜，包括在阳极基底上依次溅射阻挡层和主电解质层，阻挡层以Zr基材料或Ce基材料为基底，主电解质层以Ce基材料或Zr基材料为基底，电解质薄膜总厚度不大于20nm‑40μm。本发明采用磁控溅射法制备双电解质致密层，可以有效的降低电解质的厚度，减小内阻损失。

本发明提供了一种水蒸气涡轮增压的燃料电池电解槽系统及其工作方法。本发明提供的电解槽系统包括：风机、空气换热器、电加热器、空气‑燃气换热器、水箱、水泵、蒸汽发生器、燃气换热器、水蒸气涡轮增压器、阀门、SOEC电堆；其中风机、空气换热器、电加热器和空气‑燃气换热器依次连接，形成阴极侧的供给流路；水箱、水泵、蒸汽发生器、燃气换热器、空气‑燃气换热器和水蒸气涡轮增压器依次连接，形成阳极侧的供给流路。本发明省略了循环泵和阳极电加热器，减少了部件且避免了安全隐患。采用水蒸气涡轮增压器，循环利用阳极尾气中的水蒸气，提高水蒸气利用率，提高SOEC系统效率，且降低寄生功耗和成本。

本发明提供一种高安全性燃料电池电解槽系统及其工作方法，该系统包括风机、空气换热器、电加热器、空气‑燃气换热器、水箱、水泵、蒸汽发生器、燃气换热器、混合器、SOEC电堆；通过设置空气‑燃气换热器，将阳极侧的水蒸气与阴极侧被电加热器加热后的高温空气进行热交换，进一步提高水蒸气温度，形成高温水蒸气。与现有技术相比，省略了循环泵和阳极电加热器，减少了部件且避免了安全隐患。采用高温循环泵或引射器，循环利用阳极尾气中的水蒸气，提高水蒸气利用率，提高SOEC系统效率。

本发明提供了一种金属支撑固体氧化物燃料电池制备方法及燃料电池。本发明提供的制备方法主要包括以下步骤：提供多孔金属基板、提供阳极膜片、电解质膜片及阻挡层；将多孔金属基板、阳极膜片、电解质膜片和阻挡层层叠加压处理得到层压半电池，然后将所述层压半电池排胶、烧结，得到半电池烧结体，最后在半电池烧结体上提供阴极膜片并进行阴极烧结。其中，所述烧结在850℃至1000℃的温度下进行，烧结时间1~4小时，烧结过程中使所述层压半电池在垂直方向上持续受到500N~50KN的压力。本发明提供的方法能够在较低温度下烧结，并且使烧结过程中电解质膜片的收缩集中在Z方向，促进了电解质膜片的致密化。

本发明提供了一种金属支撑固体氧化物燃料电池及其制备方法。本发明提供的制备方法大致包括以下步骤：提供了多孔金属基板、提供阳极膜片、电解质膜片及阻挡层，其中，构成所述阻挡层的材料包括熟瓷粉体，所述熟瓷粉体通过将电解质材料的粉体在1000~1400℃的温度下加热处理直至熟化获得；将多孔金属基板、阳极膜片、电解质膜片和阻挡层层叠加压处理得到层压半电池，然后将所述层压半电池排胶、烧结，得到半电池烧结体，最后在半电池烧结体上提供阴极膜片并进行阴极烧结，得到金属支撑固体氧化物燃料电池。本发明提供的方法能够在较低温度下烧结，并且使烧结过程中电解质膜片的收缩集中在Z方向，促进了电解质膜片的致密化。