裝置是采用了流化氣體的循環(huán)裝置，在工作時(shí)，采用外部加熱的方式保持熔融堿電解質(zhì)的工作溫度在500°C?800°C之間，通過(guò)流化床陽(yáng)極管道從陽(yáng)極進(jìn)氣口通入陽(yáng)極流化氣體，使陽(yáng)極板倉(cāng)中的碳燃料處于流化狀態(tài)，陽(yáng)極流化氣體通過(guò)陽(yáng)極出氣口排出，經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氣體循環(huán)裝置之后再次注入陽(yáng)極進(jìn)氣口 ；向陰極進(jìn)氣口通入陰極流化氣體，陰極流化氣體通過(guò)陽(yáng)極出氣口排出，通過(guò)流化床陰極管道經(jīng)陰極氣體循環(huán)裝置之后再次注入陰極進(jìn)氣口。
[0028]本實(shí)用新型的通過(guò)在傳統(tǒng)的碳燃料電池裝置上加入了流化床裝置，采用自吸式氣液反應(yīng)器，使得碳燃料的直接電化學(xué)反應(yīng)界面從二維拓展到三維，并能促進(jìn)碳的氣化反應(yīng)，從而提高電池性能，陰極流化床裝置的設(shè)置能夠促進(jìn)氧氣、熔融堿電解質(zhì)和陰極復(fù)合材料的充分混合，增加氣、液、固三相的反應(yīng)界面和反應(yīng)頻度，提高了單位時(shí)間和空間內(nèi)的功率密度。同時(shí)，陰極還能進(jìn)一步增強(qiáng)電極內(nèi)的傳熱和傳質(zhì)，提高直接碳燃料電池的綜合性能。
[0029]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):
[0030]1、流化床裝置增大了陽(yáng)極和陰極的電化學(xué)反應(yīng)界面，提高了氣液固三相的反應(yīng)頻度，增強(qiáng)了電極的傳熱和傳質(zhì)，提高了碳燃料電池的綜合性能；
[0031]2、陰極采用鎳鑭復(fù)合材料，并且加工成多維立體形狀，可以有效提高單位空間內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)；
[0032]3、熔融堿電解質(zhì)采用L1H、Κ0Η和NaOH的混合配比溶液，能夠從更大程度上增強(qiáng)提高電化學(xué)反應(yīng)的速率和效率，并且降低了碳燃料電池的反應(yīng)溫度，抑制或避免了布杜阿爾Boudouard反應(yīng)的發(fā)生。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為本實(shí)用新型的流化床電極碳燃料電池裝置的示意圖；
[0034]圖2為本實(shí)用新型的流化床電極碳燃料電池裝置的陰極的剖面曲線的示意圖，其中，(a)為三角波形，(b)為鋸齒波形，(c)為正旋波形，(d)為矩形波形；
[0035]圖3為本實(shí)用新型的流化床電極碳燃料電池裝置的控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0037]如圖1所示，本實(shí)施例的流化床電極碳燃料電池裝置包括:反應(yīng)裝置1、陽(yáng)極板倉(cāng)2、陰極板倉(cāng)3、陽(yáng)極7、陰極8、陽(yáng)極集流板4、陰極集流板5、微孔隔板6、流化床陽(yáng)極管道9、流化床陰極管道10、陽(yáng)極氣體循環(huán)裝置11、陰極氣體循環(huán)裝置12、熔融堿電解質(zhì)13和碳燃料14 ;其中，在反應(yīng)裝置1內(nèi)充滿熔融堿電解質(zhì)13 ;筒狀的陽(yáng)極板倉(cāng)2和陰極板倉(cāng)3分別設(shè)置在反應(yīng)裝置1的底部；陽(yáng)極7和陰極8分別放置在陽(yáng)極板倉(cāng)2和陰極板倉(cāng)3內(nèi)；在陽(yáng)極板倉(cāng)和陰極板倉(cāng)上分別設(shè)置具有孔洞的陽(yáng)極集流板4和陰極集流板5 ;在陽(yáng)極板倉(cāng)和陰極板倉(cāng)之間設(shè)置微孔隔板6 ;在反應(yīng)裝置的底部并位于陽(yáng)極板倉(cāng)內(nèi)設(shè)置陽(yáng)極進(jìn)氣口，在反應(yīng)裝置的頂部并與陽(yáng)極進(jìn)氣口相對(duì)的位置設(shè)置陽(yáng)極出氣口，流化床陽(yáng)極管道9的兩端分別連接陽(yáng)極進(jìn)氣口和陽(yáng)極出氣口 ；在流化床陽(yáng)極管道上設(shè)置陽(yáng)極氣體循環(huán)裝置11 ;陽(yáng)極進(jìn)氣口、陽(yáng)極出氣口、流化床陽(yáng)極管道和陽(yáng)極氣體循環(huán)裝置構(gòu)成陽(yáng)極流化床裝置，陽(yáng)極流化床裝置中通有陽(yáng)極流化氣體；在反應(yīng)裝置的底部并位于陰極板倉(cāng)內(nèi)設(shè)置陰極進(jìn)氣口，在反應(yīng)裝置的頂部并與陰極進(jìn)氣口相對(duì)的位置設(shè)置陰極出氣口，流化床陰極管道10的兩端分別連接陰極進(jìn)氣口和陰極出氣口 ；在流化床陰極管道上設(shè)置陰極氣體循環(huán)裝置12 ;陰極進(jìn)氣口、陰極出氣口、流化床陰極管道和陰極氣體循環(huán)裝置構(gòu)成陰極流化床裝置，陰極流化床裝置中通有陰極流化氣體；在陽(yáng)極板倉(cāng)2內(nèi)放置碳燃料14。陽(yáng)極集流板4和陰極集流板5分別連接電流表A。
[0038]在本實(shí)施例中，陰極采用鎳鑭復(fù)合材料，其中，鎳的摩爾百分含量占90%，鑭的摩爾百分含量10%。熔融堿電解質(zhì)采用L1H、Κ0Η和NaOH三種的混合配比溶液，其中，L1H為10%、K0HS50%、Na0HS40%。陽(yáng)極流化氣體為摻雜碳燃料的C02;陰極流化氣體為氧氣和水汽的混合氣體。
[0039]如圖2所示，陰極為非平面狀的多維立體形狀，陰極的剖面曲線為三角波形、鋸齒波形、正旋波形、矩形波形和瓦楞狀中的一種。
[0040]如圖3所示，本實(shí)施例的流化床電極碳燃料電池裝置的控制方法，包括以下步驟:
[0041]1)將流化床陽(yáng)極管道的兩端分別連接位于反應(yīng)裝置底部的陽(yáng)極進(jìn)氣口和位于反應(yīng)裝置的頂部陽(yáng)極出氣口，在流化床陽(yáng)極管道上設(shè)置陽(yáng)極氣體循環(huán)裝置，構(gòu)成陽(yáng)極流化床裝置，并通有陽(yáng)極流化氣體；將流化床陰極管道的兩端分別連接位于反應(yīng)裝置的底部的陰極進(jìn)氣口和位于反應(yīng)裝置的頂部陰極出氣口，在流化床陰極管道上設(shè)置陰極氣體循環(huán)裝置，構(gòu)成陰極流化床裝置，并通有陰極流化氣體；
[0042]2)對(duì)反應(yīng)裝置進(jìn)行加熱，使反應(yīng)裝置內(nèi)的熔融堿電解質(zhì)保持在500°C?800°C之間的工作溫度；
[0043]3)通過(guò)陽(yáng)極氣體循環(huán)裝置控制陽(yáng)極流化氣體進(jìn)入陽(yáng)極板倉(cāng)的流速，控制流速范圍在3.5m/s?6.8m/s之間，使得陽(yáng)極流化氣體在陽(yáng)極板倉(cāng)內(nèi)瑞流流動(dòng)，同時(shí)通過(guò)陰極氣體循環(huán)裝置控制陰極流化氣體進(jìn)入陰極板倉(cāng)的速度，使得陰極流化氣體在陰極板倉(cāng)內(nèi)湍流流動(dòng)；
[0044]4)陽(yáng)極板倉(cāng)內(nèi)的陽(yáng)極流化氣體的湍流流動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則地運(yùn)動(dòng)而互相碰撞，流體質(zhì)點(diǎn)劇烈地?cái)_動(dòng)而產(chǎn)生旋渦，從而實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極流化氣體、熔融堿電解質(zhì)與碳燃料氣液固三相之間的充分接觸，大大增加反應(yīng)界面，提高傳質(zhì)速度；陰極板倉(cāng)內(nèi)，陰極流化氣體的湍流流動(dòng)，產(chǎn)生漩渦，從而實(shí)現(xiàn)陰極、02以及熔融堿電解質(zhì)三者的氣液固反應(yīng)，以提高導(dǎo)電性；
[0045]5)在陰極板倉(cāng)里，氧氣和水在熔融堿電解質(zhì)和陰極催化的作用下反應(yīng)生成了0H-離子，同時(shí)從陰極集流板上接受電子，0H-離子由陰極板倉(cāng)擴(kuò)散到反應(yīng)裝置的熔融堿電解液中，然后進(jìn)入到陽(yáng)極板倉(cāng)，0H-離子與碳反應(yīng)生成C02和水，同時(shí)釋放電子到陽(yáng)極集流板，電子通過(guò)陽(yáng)極集流板到外電路，再經(jīng)陰極集流板完成電流環(huán)路，從而發(fā)電。
[0046]最后需要注意的是，公布實(shí)施例的目的在于幫助進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實(shí)用新型及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本實(shí)用新型不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容，本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書(shū)界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種流化床電極碳燃料電池裝置，其特征在于，所述電池裝置包括:反應(yīng)裝置、陽(yáng)極板倉(cāng)、陰極板倉(cāng)、陽(yáng)極、陰極、陽(yáng)極集流板、陰極集流板、微孔隔板、流化床陽(yáng)極管道、流化床陰極管道、陽(yáng)極氣體循環(huán)裝置、陰極氣體循環(huán)裝置、熔融堿電解質(zhì)和碳燃料；其中，在反應(yīng)裝置內(nèi)盛放熔融堿電解質(zhì)；筒狀的陽(yáng)極板倉(cāng)和陰極板倉(cāng)分別設(shè)置在反應(yīng)裝置的底部；陽(yáng)極和陰極分別放置在陽(yáng)極板倉(cāng)和陰極板倉(cāng)內(nèi)；具有孔洞的陽(yáng)極集流板和陰極集流板分別從反應(yīng)裝置的頂部穿入并伸入到陽(yáng)極板倉(cāng)和陰極板倉(cāng)中；在陽(yáng)極板倉(cāng)和陰極板倉(cāng)之間設(shè)置微孔隔板；在反應(yīng)裝置的底部并位于陽(yáng)極板倉(cāng)內(nèi)設(shè)置陽(yáng)極進(jìn)氣口，在反應(yīng)裝置的頂部并與陽(yáng)極進(jìn)氣口相對(duì)的位置設(shè)置陽(yáng)極出氣口，流化床陽(yáng)極管道的兩端分別連接陽(yáng)極進(jìn)氣口和陽(yáng)極出氣口 ；在流化床陽(yáng)極管道上設(shè)置陽(yáng)極氣體循環(huán)裝置；陽(yáng)極進(jìn)氣口、陽(yáng)極出氣口、流化床陽(yáng)極管道和陽(yáng)極氣體循環(huán)裝置構(gòu)成陽(yáng)極流化床裝置，陽(yáng)極流化床裝置中通有陽(yáng)極流化氣體；在反應(yīng)裝置的底部并位于陰極板倉(cāng)內(nèi)設(shè)置陰極進(jìn)氣口，在反應(yīng)裝置的頂部并與陰極進(jìn)氣口相對(duì)的位置設(shè)置陰極出氣口，流化床陰極管道的兩端分別連接陰極進(jìn)氣口和陰極出氣口；在流化床陰極管道上設(shè)置陰極氣體循環(huán)裝置；陰極進(jìn)氣口、陰極出氣口、流化床陰極管道和陰極氣體循環(huán)裝置構(gòu)成陰極流化床裝置，陰極流化床裝置中通有陰極流化氣體；在陽(yáng)極板倉(cāng)內(nèi)放置碳燃料。2.如權(quán)利要求1所述的電池裝置，其特征在于，所述陰極采用鎳鑭復(fù)合材料。3.如權(quán)利要求1所述的電池裝置，其特征在于，所述陰極為非平面狀的多維立體形狀，陰極的剖面曲線為三角波形、鋸齒波形、正旋波形、矩形波形和瓦楞狀中的一種。4.如權(quán)利要求1所述的電池裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極氣體循環(huán)裝置或陰極氣體循環(huán)裝置采用自吸式氣液反應(yīng)器。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種流化床電極碳燃料電池裝置。本實(shí)用新型采用陽(yáng)極進(jìn)氣口、陽(yáng)極出氣口、流化床陽(yáng)極管道和陽(yáng)極氣體循環(huán)裝置構(gòu)成陽(yáng)極流化床裝置；陰極進(jìn)氣口、陰極出氣口、流化床陰極管道和陰極氣體循環(huán)裝置構(gòu)成陰極流化床裝置；流化床裝置增大了陽(yáng)極和陰極的電化學(xué)反應(yīng)界面，提高了氣液固三相的反應(yīng)頻度，增強(qiáng)了電極的傳熱和傳質(zhì)，提高了碳燃料電池的綜合性能；陰極采用鎳鑭復(fù)合材料，并且加工成多維立體形狀，可以有效提高單位空間內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)；熔融堿電解質(zhì)采用LiOH、KOH和NaOH的混合配比溶液，能夠從更大程度上增強(qiáng)提高電化學(xué)反應(yīng)的速率和效率，并且降低了碳燃料電池的反應(yīng)溫度，抑制或避免了布杜阿爾反應(yīng)的發(fā)生。
【IPC分類】H01M8/04, H01M4/86, H01M8/22
【公開(kāi)號(hào)】CN204966602
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520710589
【發(fā)明人】許云翔, 王亞斌, 王世虎
【申請(qǐng)人】山西宇翔信息技術(shù)有限公司, 北京宇翔科創(chuàng)投資有限公司, 北京理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年9月14日