一种固态氧化物燃料电池和新能源汽车专利检索-串联人工智能专利检索查询-专利查询网

一种固态 氧化物 燃料 电池和新 能源 汽车

阅读：859发布：2024-02-24

专利汇可以提供一种固态氧化物燃料电池和新能源汽车专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种固态氧化物燃料电池和新能源汽车，燃料电池的电堆气路包括：电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆和阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆；电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆设置于固态氧化物燃料电池的燃料流出口端；阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆型固态氧化物燃料电池电堆设置于固态氧化物燃料电池的燃料流入口端。通过两种不同固体氧化物燃料电池电堆(电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆和阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆)的结构及性能特性，在固态氧化物燃料电池中分级布置电堆在燃料气路中的相对位置，在确保电池结构稳定的情况下最大限度的提高燃料利用率，从而达到提高电堆组电效率的目的，维护成本低。，下面是一种固态氧化物燃料电池和新能源汽车专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种固态氧化物燃料电池，其特征在于，所述燃料电池的电堆气路包括：
电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆和阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆；
所述电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆设置于所述固态氧化物燃料电池的燃料流出口端；
所述阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆型固态氧化物燃料电池电堆设置于所述固态氧化物燃料电池的燃料流入口端。
2.根据权利要求1所述的固态氧化物燃料电池，其特征在于，所述阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量为N，所述N为不小于1的正整数。
3.根据权利要求2所述的固态氧化物燃料电池，其特征在于，所述电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的数量为M，所述M为不小于1的正整数。
4.根据权利要求3所述的固态氧化物燃料电池，其特征在于，包括：
由A个阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆串联构成的第一支路，所述第一支路的数量为X；
由B个阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆以及M个电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆串联构成的第二支路，所述第二支路的数量为Y，所述B＝N/X-A；
X路所述第一支路相互并联，Y路所述第二支路相互并联，并联后的第一支路与并联后的第二支路串联。
5.根据权利要求4所述的固态氧化物燃料电池，其特征在于，所述B的值为0。
6.根据权利要求1所述的固态氧化物燃料电池，其特征在于，所述电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的数量小于所述阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量。
7.根据权利要求4所述的固态氧化物燃料电池，其特征在于，所述第一支路中阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量A大于所述第二支路中阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量B与电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的数量M之和。
8.根据权利要求4所述的固态氧化物燃料电池，其特征在于，所述第二支路中阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量B与所述第二支路中电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的数量M相等。
9.一种新能源汽车，其特征在于，应用有权利要求1-8任意一项所述的固态氧化物燃料电池。

说明书全文

一种固态氧化物 燃料 电池和新 能源 汽车

技术领域

[0001] 本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种具有较高燃烧效率的固态氧化物燃料电池和新能源汽车。

背景技术

[0002] 燃料电池是一种高效率的能量转化装置，它能够直接将储存在可燃气体内的化学能转化为电能，由于其不需要中间的机械能到电能的转化，因此具有更高的能量转化效率。固态氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，以下简称SOFC)是燃料电池的一种，为了提升固态氧化物燃料电池的燃料利用率，工业上采用在固态氧化物燃料电池系统内添加燃料循环泵的方法，把电堆燃料流导出口的尾气部分循环到燃料流导的入口端，通常把约60至
80％的燃料尾气循环到燃料入口，这样可以控制电堆内部的燃料利用率为50至70％，在电堆燃料流道出口部分的支撑体附近仍然存在大量的未消耗燃料，这样可以增加燃料在支撑体及功能层内的扩散，大量的燃料也抑制的流道出口处支撑体内部镍金属的氧化。然而，在固态氧化物燃料电池系统中加入燃料循环泵在提高固态氧化物燃料电池的利用率的同时，还增加了系统的复杂性，燃料循环泵在高温条件下运行，燃料中的氢气及水蒸气容易使循环泵叶片与轴承发生腐蚀，从而产生燃料泄漏，在系统长期运行来看，循环泵的使用增加了系统的维护成本。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明实施例提供一种固态氧化物燃料电池和新能源汽车，以降低固态氧化物燃料电池的维护成本。

[0004] 为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

[0005] 一种固态氧化物燃料电池，所述燃料电池的电堆气路包括：

[0006] 电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆和阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆；

[0007] 所述电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆设置于所述固态氧化物燃料电池的燃料流出口端；

[0008] 所述阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆型固态氧化物燃料电池电堆设置于所述固态氧化物燃料电池的燃料流入口端。

[0009] 可选的，上述固态氧化物燃料电池中，所述阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量为N，所述N为不小于1的正整数。

[0010] 可选的，上述固态氧化物燃料电池中，所述电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的数量为M，所述M为不小于1的正整数。

[0011] 可选的，上述固态氧化物燃料电池中，包括：

[0012] 由A个阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆串联构成的第一支路，所述第一支路的数量为X；

[0013] 由B个阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆以及M个电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆串联构成的第二支路，所述第二支路的数量为Y，所述B＝N/X-A；

[0014] X路所述第一支路相互并联，Y路所述第二支路相互并联，并联后的第一支路与并联后的第二支路串联。

[0015] 可选的，上述固态氧化物燃料电池中，所述B的值为0。

[0016] 可选的，上述固态氧化物燃料电池中，所述电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的数量小于所述阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量。

[0017] 可选的，上述固态氧化物燃料电池中，所述第一支路中阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量A大于所述第二支路中阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量B与电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的数量M之和。

[0018] 可选的，上述固态氧化物燃料电池中，所述第二支路中阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量B与所述第二支路中电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的数量M相等。

[0019] 一种新能源汽车，应用有上述任意一项所述的固态氧化物燃料电池。

[0020] 基于上述技术方案，本发明实施例提供的上述方案，通过两种不同固体氧化物燃料电池电堆(电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆和阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆)的结构及性能特性，在固态氧化物燃料电池中分级布置电堆在燃料气路中的相对位置，在确保电池结构稳定的情况下最大限度的提高燃料利用率，从而达到提高电堆组电效率的目的，维护成本低。附图说明

[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0022] 图1为本申请实施例公开的一种固态氧化物燃料电池的结构示意图；

[0023] 图2为本申请另一实施例公开的一种固态氧化物燃料电池的结构示意图；

[0024] 图3为本申请另一实施例公开的一种固态氧化物燃料电池的结构示意图；

[0025] 图4为本申请另一实施例公开的一种固态氧化物燃料电池的结构示意图；

[0026] 图5为本申请另一实施例公开的一种固态氧化物燃料电池的结构示意图；

[0027] 图6为本申请另一实施例公开的一种固态氧化物燃料电池的结构示意图；

[0028] 图7为本申请另一实施例公开的一种固态氧化物燃料电池的结构示意图。

具体实施方式

[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0030] SOFC是一种高温燃料电池，高温运行环境使得它的燃料来源广泛，例如，SOFC可以使用甲烷、汽油、柴油等碳燃料进行发电。固体氧化物燃料电池的燃料电极(阳极)由多孔镍金属与氧化锆组成(Ni-ZrO2)，其中阳极支撑电池/电堆的支撑体材料与阳极材料相同，为镍金属与氧化锆的混合物(Ni-ZrO2)，支撑体厚度约为500至1500微米，厚度为5至50微米的阳极功能层在支撑体与电解质之间，电解质厚度为2至30微米，随后空气电极(阴极)涂刷烧结于电解质的另一侧。

[0031] 在燃料电极的电化学反应过程中，燃料首先扩散到电池的多孔支撑体中，然后燃料进一步扩散至阳极功能层进行电化学反应，气体在达到化学反应之前需要进行两步扩散。在电池或者电堆的运行过程中，燃料入口上游部分通常含有较多的燃料，在扩散到反应表面的过程中分压较高；在燃料出口的下游部分，大量的燃料被电池消耗，产生的大量水蒸气降低了燃料在支撑体及阳极功能层中的扩散分压，燃料从500至1500微米厚的多孔支撑体扩散至阳极功能层的速率大大下降，影响到阳极的化学反应。应此，在实际工业应用过程中，一般通入过量燃料保证燃料流道下游的燃料扩散性，从而导致电堆整体燃料利用率较低。

[0032] 另外，在固态氧化物燃料电池的高温条件下，化学反应产生的热量被燃料流体带入流道下游，通常燃料流下游有较高的反应温度，水蒸气在高温下有较强的氧化性，在支撑体内部的镍金属(Ni)因而极容易被氧化为氧化镍(NiO)，氧化镍团聚并且体积长大约60％。应此在高燃料利用率条件下，阳极支撑电池的支撑体在燃料流道下游处容易膨胀开裂，从而导致在其表面的阳极功能层和电解质层破裂失效。

[0033] 固态氧化物燃料电池还有另一种电池结构，其电解质较厚，厚度约为100至300微米，电极分别涂刷烧结于电解质两侧，这种电池被称为电解质支撑固态氧化物燃料电池，其单电池的主要由较厚的电解质提供机械强度，燃料电极(阳极)与空气电极(阴极)的厚度仅为5至30微米，在燃料的化学反应过程中，燃料仅仅需要一次扩散就能达到反应界面，同时，电极结构的衰减变化不会引起支撑电解质的破裂失效。

[0034] 申请人研究发现，应此在实际工程应用中可结合两种燃料电池的优点，分级消耗燃料，整体提升电堆模组的燃料利用率，从而提升固态氧化物燃料电池系统的发电效率。针对于此，参见图1，本申请提供了一种固态氧化物燃料电池，所述燃料电池的电堆气路包括：

[0035] 电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆100(电解质支撑电堆)和阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆200(阳极支撑电堆)；

[0036] 其中，所述电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆100设置于所述固态氧化物燃料电池的燃料流出口端；

[0037] 所述阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆型固态氧化物燃料电池电堆200设置于所述固态氧化物燃料电池的燃料流入口端。

[0038] 由于电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆100主要由较厚的电解质提供机械强度，燃料电极(阳极)与空气电极(阴极)的厚度仅为5至30微米，在燃料的化学反应过程中，燃料仅仅需要一次扩散就能达到反应界面，同时，电极结构的衰减变化不会引起支撑电解质的破裂失效，因此，本申请根据电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的燃料电极结构优势，利用电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆消耗最末端的燃料，可提升电堆组燃料利用率及电效率，并且所述电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆100不会引起支撑电解质的破裂失效，将阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆200设置在固态氧化物燃料电池的燃料流入口的低温区域，在燃料流后端，燃料温度随着反应放热逐步升高，因此可保证电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆在最佳运行温度区间工作，有本方案可见，在本申请公开的技术方案中，通过在固态氧化物燃料电池燃料流出口端设置电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆以提高固态氧化物燃料电池的工作效率的方式，无需在固态氧化物燃料电池系统内部增加循环泵，降低了对系统的维修频率，进而降低了固态氧化物燃料电池的维护成本。

[0039] 在本申请实施例公开的技术方案中，所述固态氧化物燃料电池中阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量和电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的数量可以依据用户需求自行设定，例如，所述阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量为N，所述N为不小于1的正整数，如，1、2、3、4等，所述电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的数量为M，所述M为不小于1的正整数，如，1、2、3等。

[0040] 在本申请实施例公开的技术方案中，所述电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的数量小于所述阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量。

[0041] 实施例一：

[0042] 在本实施例公开的技术方案中多个阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆与多个电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆串联，阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量为N个，电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆为M个，电堆组满足N≥M，电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆消耗最末端2至30％的燃料。

[0043] 在实施例一中，固态氧化物燃料电池的燃料流只有一条燃料气路，各个电堆串联于该燃料气路内，各个电堆电路串联，各个电堆的设置参数可以依据用户需求自行设定，例如：

[0044] 各个电堆的电流保持一致；

[0045] 各个电堆内的平均电流密度可以为0.5-1A/cm2；

[0046] 阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的电池电解质厚度为2至30微米，阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的阳极支撑体厚约为500至1500微米，阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的运行温度为550℃至800℃；

[0047] 电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的电池电解质厚度为100至300微，电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的阳极厚约为5至30微米，电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆运行温度为750℃至900℃；

[0048] 阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的电解质材料为氧化物稳定的氧化锆或者掺杂的氧化铈；

[0049] 阳极支撑体及阳极的材料为氧化镍与氧化物稳定的氧化锆的混合物或氧化镍与掺杂氧化铈的混合物；

[0050] 电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的电解质材料为氧化物稳定的氧化锆或者掺杂的氧化铈；

[0051] 电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的电解质支撑体及阳极的材料为氧化镍与氧化物稳定的氧化锆的混合物或氧化镍与掺杂的氧化铈的混合物；

[0052] 固态氧化物燃料电池的燃料流入口气体温度为550℃至800℃，固态氧化物燃料电池的燃料流出口气体温度为750℃至900℃；

[0053] 燃料气路气路内全部电堆的燃料消耗率为75％-95％，燃料气路末端电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆消耗的燃料占气路总燃料消耗的2至30％；

[0054] 燃料气路前端阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆消耗的燃料占气路总燃料消耗的70％至98％；

[0055] 燃料气路内燃料为氢气，甲烷，天然气，烷烃类碳燃料及其对应的燃料水蒸气混合物。

[0056] 水蒸气与烷烃类含碳燃料的比例为水分子与碳原子的比例为1比1至3比1之间的任意比例。

[0057] 例如，参见图2，在图2公开的实施例中，所述电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆100的数量为1，所述阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆200的数量为3，这4个电堆相互串联，且所述阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆型固态氧化物燃料电池电堆200设置于所述固态氧化物燃料电池的燃料流入口端，所述电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆100设置于所述固态氧化物燃料电池的燃料流出口端。

[0058] 或者是，参见图3，在图3公开的实施例中，所述电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆100的数量为3，所述阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆200的数量为2，这5个电堆相互串联，且所述阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆型固态氧化物燃料电池电堆200设置于所述固态氧化物燃料电池的燃料流入口端，所述电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆100设置于所述固态氧化物燃料电池的燃料流出口端。

[0059] 例如，在图2对应的实施例中，具有四个电堆(电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆100和阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆200)串联，其中，前三个电堆均为阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆，阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的电池电解质为10微米，阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的阳极支撑体厚约为500微米，阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的电解质为8mol％氧化钇稳定的氧化锆，阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的支持体材料为50vol％氧化镍混合的8mol％氧化钇稳定的氧化锆。最后一个电堆为电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆，电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的电池电解质150微米，电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的阳极厚约为20微米，电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的电解质为8mol％氧化钇稳定的氧化锆，电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的阳极材料为50vol％氧化镍混合10％钆掺杂的氧化铈。燃料流入口温度为600℃，出口温度为850℃。电堆串联电路的电流密度为0.25A/cm2。燃料流入口处燃料为30％预重整甲烷，水碳比为2比1。四个电堆总燃料利用率为95％，单个电堆燃料利用率为23.75％，在第四个电解质支撑电堆入口处，燃料含量为
28.75％。在经过电解质支撑电堆的最终消耗后，电堆组的尾气燃料含量为5％。

[0060] 实施例二：

[0061] 在本申请实施例中，所述固态氧化物燃料电池中，可以包括X个第一支路和Y个第二支路，其中，X路所述第一支路相互并联，Y路所述第二支路相互并联，并联后的第一支路与并联后的第二支路串联，每个所述第一支路中由A个阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆串联构成；每个第二支路由B个阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆以及M个电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆串联构成，其中，所述B＝N/X-A；

[0062] 在实施例二中，固态氧化物燃料电池的燃料流有多条燃料气路，各个电堆串联于该燃料气路内，各个电堆电路串联，各个电堆的设置参数可以依据用户需求自行设定，例如：

[0063] 电堆组燃料流有多气路，X路第一支路并联于燃料气路内，后再连接上Y路第二支路，所述第一支路的数量大于第二支路的数量；

[0064] 电堆平均电流密度为0.5-1A/cm2；

[0065] 固态氧化物燃料电池的燃料流入口端采用阳极支撑电堆，燃料流后端采用电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆；

[0066] 阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的电池电解质厚度为2至30微米，阳极支撑体厚约为500至1500微米，阳极支撑电堆运行温度为550℃至800℃；

[0067] 电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的电池电解质厚度为100至300微，阳极厚约为5至30微米，电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的运行温度为750℃至900℃；

[0068] 阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的电解质材料为氧化物稳定的氧化锆或者掺杂的氧化铈；

[0069] 阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆阳极支撑体及阳极的材料为氧化镍与氧化物稳定的氧化锆的混合物或氧化镍与掺杂氧化铈的混合物；

[0070] 电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的电解质材料为氧化物稳定的氧化锆或者掺杂的氧化铈；

[0071] 电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的电解质支撑体及阳极的材料为氧化镍与氧化物稳定的氧化锆的混合物或氧化镍与掺杂的氧化铈的混合物；

[0072] 固态氧化物燃料电池的燃料流入口气体温度为550℃至800℃，燃料流出口气体温度为750℃至900℃；

[0073] 燃气气路内全部电堆的燃料消耗率为75％-95％气路末端的第二支路消耗的燃料占气路总燃料消耗的2至30％；

[0074] 气路前端第一支路组消耗的燃料占气路总燃料消耗的70至98％；

[0075] 燃料气路内燃料为氢气，甲烷，天然气，烷烃类碳燃料及其对应的燃料水蒸气混合物；

[0076] 水蒸气与烷烃类含碳燃料的比例为水分子与碳原子的比例为1比1至3比1之间的任意值。

[0077] 例如，参见图4，在图4对应的实施例中，有三路第一支路并联，每一路第一支路由两个阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆串联构成，阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的电解质10微米，阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的阳极支撑体厚约为500微米，阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的电解质为8mol％氧化钇稳定的氧化锆，阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的支持体材料为50vol％氧化镍混合的
8mol％氧化钇稳定的氧化锆。三路阳极支撑电堆(第一支路)后接入两路第二支路，每一路第二支路由一个电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆组成，即5、所述B的值为0。电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的电解质支撑电池的电解质150微米，电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的阳极厚约为20微米，电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的电解质为8mol％氧化钇稳定的氧化锆，电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的阳极材料为
50vol％氧化镍混合10％钆掺杂的氧化铈。燃料流入口温度为600℃，出口温度为850℃。并联后的第一支路与并联后的第二支路串联，串联电路的电流密度为0.25A/cm2。固态氧化物燃料电池电堆的燃料流入口处燃料为30％预重整甲烷，水碳比为2比1。图4对应的实施例中，8个电堆总燃料利用率为95％，单个电堆燃料利用率为11.875％，在后两个第二支路电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆入口处，燃料含量为28.75％。在经过电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的最终消耗后，电堆组的尾气燃料含量为5％。

[0078] 本方案可应用于多路第一支路并联后再串联上多路并联的第二支路。图4对应的方案中，X路串联N个阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的第一支路，连接上Y路串联M个电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的第二支路，其中，X≥Y；M≥1。第二支路消耗最末端2至30％的燃料。

[0079] 另外，参见图5，在上述方案中，后部Y路第二支路中，M个电堆串联方式也可以为电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆和阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆串联布置，所述第二支路中阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量B与所述第二支路中电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的数量M可以相等。电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆消耗最末端2至30％的燃料。

[0080] 在本申请实施例公开的技术方案中，所述第一支路中阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量A大于所述第二支路中阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的数量B与电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的数量M之和，使得所述第一支路消耗大部分的燃料。

[0081] 在图4和图5对应的实施例中，所述第一支路的数量大于第二支路的数量。

[0082] 在实施例三中，固态氧化物燃料电池的燃料流有多条燃料气路，各个电堆串联于该燃料气路内，各个电堆电路串联，各个电堆的设置参数可以依据用户需求自行设定，例如：

[0083] 电堆组燃料流有多气路，X路第一支路并联于燃料气路内，后再连接上Y路并联的第二支路，所述第一支路的数量小于第二支路的数量；

[0084] 电堆平均电流密度为0.5-1A/cm2；

[0085] 固态氧化物燃料电池的燃料流入口端采用阳极支撑电堆，燃料流后端采用电解质支撑电堆；

[0086] 阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的电池电解质厚度为2至30微米，阳极支撑体厚约为500至1500微米，阳极支撑电堆运行温度为550℃至800℃；

[0087] 电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的电池电解质厚度为100至300微，阳极厚约为5至30微米，电解质支撑电堆运行温度为750℃至900℃；

[0088] 阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的电解质材料为氧化物稳定的氧化锆或者掺杂的氧化铈；

[0089] 阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的阳极支撑体及阳极的材料为氧化镍与氧化物稳定的氧化锆的混合物或氧化镍与掺杂氧化铈的混合物；

[0090] 电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的电解质材料为氧化物稳定的氧化锆或者掺杂的氧化铈；

[0091] 电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的电解质支撑体及阳极的材料为氧化镍与氧化物稳定的氧化锆的混合物或氧化镍与掺杂的氧化铈的混合物；

[0092] 燃料流入口气体温度为550℃至800℃，燃料流出口气体温度为750℃至900℃；

[0093] 气路内全部电堆的燃料消耗率为75％-95％气路末端第二支路消耗的燃料占气路总燃料消耗的2至30％。

[0094] 气路前端的第一支路消耗的燃料占气路总燃料消耗的70至98％。

[0095] 燃料气路内燃料为氢气，甲烷，天然气，烷烃类碳燃料及其对应的燃料水蒸气混合物。

[0096] 水蒸气与烷烃类含碳燃料的比例为水分子与碳原子的比例为1比1至3比1之间的任意值。

[0097] 例如，参见图6，图6对应的实施例中有三路第一支路并联，每一路第一支路由两个阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆串联构成，阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的电解质10微米，阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆的阳极支撑体厚约为500微米，电解质为8mol％氧化钇稳定的氧化锆，支持体材料为50vol％氧化镍混合的8mol％氧化钇稳定的氧化锆。

[0098] 三路第一支路并联后接入四路并联的第二支路，每一路第二支路由一个电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆组成。电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的电解质150微米，阳极厚约为20微米，电解质为8mol％氧化钇稳定的氧化锆，阳极材料为50vol％氧化镍混合10％钆掺杂的氧化铈。燃料流入口温度为600℃，出口温度为850℃。总共12个电堆电路混联后，电路的电流密度为0.25A/cm2。燃料流入口处燃料为30％预重整甲烷，水碳比为2比1。12个电堆总燃料利用率为95％，单个电堆燃料利用率为7.9％，在后四路电解质支撑电堆入口处，燃料含量为28.75％。在经过电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆的最终消耗后，电堆组的尾气燃料含量为5％。

[0099] 例如，参见图7，在图7对应的实施例中，所述第二支路由串联的电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆和阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆构成。

[0100] 综合上述各个实施例可见，本发明利用了两种不同固体氧化物燃料电池电堆(电解质支撑型固态氧化物燃料电池电堆和阳极支撑电堆型固态氧化物燃料电池电堆)的结构及性能特性，在固态氧化物燃料电池中，分级布置电堆在燃料气路中的相对位置，在确保电池结构稳定的情况下最大限度的提高燃料利用率，从而达到提高电堆组电效率的目的，维护成本低。

[0101] 对应于上述固态氧化物燃料电池，本申请还公开了一种应用该固态氧化物燃料电池的新能源汽车，该汽车可以应用有上述任意一项所述的固态氧化物燃料电池。

[0102] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

[0103] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种四相正弦波电励磁双凸极电机	2020-05-08	92
一种非掺杂白光发光层串联有机电致发光器件	2020-05-08	683
基于电流检测控制重合闸的电源管理系统及检测控制方法	2020-05-08	106
余热排出系统取水接管和核反应堆	2020-05-08	301
一种城镇道路地下塌陷自动预警监控装置系统	2020-05-08	413
传感器控制设备和图像形成设备	2020-05-08	875
DAC版图结构和电阻分压式DAC	2020-05-08	591
直线电机的初级绕组及直线电机	2020-05-08	208
一种运用SIFT和SVD感知哈希的GF-2影像完整性认证方法	2020-05-11	943
一种电动舵机	2020-05-08	782

一种固态氧化物燃料电池和新能源汽车

一种固态氧化物燃料电池和新能源汽车

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：