CN107331882B

CN107331882B - 一种含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的装置及方法

Info

Publication number: CN107331882B
Application number: CN201710424115.7A
Authority: CN
Inventors: 何方; 魏国强; 赵增立; 黄振; 赵坤; 郑安庆; 刘明
Original assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Current assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2019-10-29
Anticipated expiration: 2037-06-07
Also published as: CN107331882A

Abstract

本发明公开了一种含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的方法，包括如下步骤：(1)含碳燃料通过化学链重整反应器与氧载体反应获得以CO与H₂为主的合成气；(2)反应后的氧载体与固体氧化物燃料电池的阳极接触，通过外接电路向固体氧化物燃料电池的阴极释放电子形成电流；(3)化学链重整制取合成气与电化学反应过程过程交替循环进行，实现含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产。本发明解决了SOFC碳基燃料的阳极易于积碳问题，拓展其对碳基燃料的适用性，提高系统能源利用效率，同时间接解决高温固体氧化物燃料电池电极与碳基燃料直接接触产生诸多问题，降低内重整技术实施难度及成本。

Description

一种含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的装置及方法

技术领域：

本发明属于环保及能源利用技术领域，具体涉及一种含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的装置及方法。

背景技术：

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型高效、清洁的能量转换技术，与传统火力发电需要经历的化学能→热能→机械能→电能多次能量转换不同，SOFC不需要经过卡诺循环，即可将H₂、碳氢化合物等燃料中的化学能直接转换为电能，具有能量转换率高、洁净无污染、无动部件、噪音小等优点，在分布式电源、应急电源、交通运输、军事和海洋领域具有广阔的应用前景，对满足电力需求、缓解能源危机、保护生态环境及保障国家安全具有重大的意义。

但当前比较突出的问题是SOFC实现高效的代价是燃料适应性的下降，目前可以较好适用的燃料主要是氢。将碳基燃料直接应用于高温固体氧化物燃料电池，容易在燃料电池的电极上形成积碳，积碳不仅容易覆盖在催化剂表面降低阳极反应活性位，而且积碳的迁移还将产生一定的应力造成阳极开裂甚至剥落等永久性的结构破坏，严重影响电池的出力和寿命。因此，国内外高温固体氧化物燃料电池的研究主要集中在改善燃料电池电极的积碳倾向，拓展其燃料适用性至来源更为广泛的碳基燃料，并同时确保其在能量转换效率方面的优势。具体采用的途径包括降低燃料电池工作温度、采用防积碳催化剂和促进电化学氧化等。

另一个提高燃料电池适用性的可行途径为将碳基燃料变换重整为H₂和CO的混合气。而将炭基燃料重整变换又分为外重整与内重整模式。外重整是在燃料电池之外增加专门的燃料重整设备，先将碳基燃料重整变换为富氢气体，过程需要供给纯氧，因此过程复杂、投资较大。内重整是将碳氢燃料直接输入高温固体氧化物燃料电池中，同时在燃料中引入水蒸气或CO₂等气体，使碳基燃料在燃料电池内部变换为富氢气体，虽可消除外重整的复杂性，但提高了技术实施的难度，重整催化层将通入燃料电池阳极的含碳燃料重整为H₂与CO，重整催化层采用含Ni复合金属氧化物，在阳极原性气氛中经过活化过程，释放出纳米级Ni催化活性位点，具有操作简单的优点。但该种内重整模式阳极使用含碳燃料时，由于金属Ni较好的催化裂解作用，很容易发生积碳反应。同时，大量水蒸汽的引入降低了高温固体氧化物燃料电池的输出电压和工作效率、并削弱阳极的催化性能，导致燃料转化率下降。因此，研发具有较好的燃料适用性及优良抗积碳性能新型燃料电池系统，解决含碳燃料与电池电极相接处产生的诸多问题，是实现SOFC产业化的关键。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的装置及方法，本发明解决了SOFC碳基燃料的阳极易于积碳问题，拓展SOFC对碳基燃料的适用性，降低过程中的损，提高系统能源利用效率，同时间接解决高温固体氧化物燃料电池电极与碳基燃料直接接触产生诸多问题，降低内重整技术实施难度及成本。

本发明的第一个目的是提供一种含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的方法，含碳燃料为含碳燃气，氧载体选自A₂BB′O₆的钙钛矿类、铁基、镍基和铜基一种以上的功能氧载体，包括如下步骤：

(1)设定外加热温度，含碳燃料通过化学链重整反应器与氧载体反应获得以CO与H₂为主的合成气，氧载体被还原为低价态的氧载体或者金属单质；

(2)反应后的氧载体与固体氧化物燃料电池的阳极接触，通过外接电路向固体氧化物燃料电池的阴极释放电子形成电流，阴极表面的O₂分子得电子后生成O^2-，O^2-在内部通过固体氧化物燃料电池中的电解质向固体氧化物燃料电池的阳极传输，在阳极表面重新氧化低价态的氧载体或者金属单质，恢复氧载体晶格氧，电化学反应持续进行；待电化学反应完毕，重新开始化学链重整过程，以获得合成气与低价态的氧载体或金属单质；

(3)化学链重整制取合成气与电化学反应过程过程交替循环进行，实现含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产。

反应的方程式描述如下：

阳极：Me+XO^2-→MeO_x+2Xe^-

阴极：O₂+4e^-→2O^2-

总反应：Me+x/2O₂→MeO_x

本发明提出的方法具有氧源廉价，原料适用性广，操作简便，资源利用率高，经济效益好的优点。

优选，化学链重整制取合成气的反应温度为850℃～1000℃，所述的电加热系统的升温速率为2～30℃/min，一个反应周期内，化学链重整制取合成气反应时间30～90min，燃料电池反应供电时间20～60min。本发明提出的方法和装置对氢气也适用。

本发明的第二个目的是提供一种含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的装置，包括化学链重整系统、固体氧化物燃料电池系统、外电路用电/检测系统和设置于所述的化学链重整系统和固体氧化物燃料电池系统外部的电加热系统，所述的化学链重整系统包括化学链重整反应器和氧载体进料系统，所述的氧载体进料系统包括氧载体和输送所述的氧载体的导流管，所述的固体氧化物燃料电池系统包括自上而下依次连接的阳极支撑层、阳极内层、电解质层、阴极内层和电流收集层，所述的化学链重整反应器的底部与固体氧化物燃料电池系统连接，所述的导流管贯穿所述的化学链重整反应器至所述的固体氧化物燃料电池系统上方，所述的氧载体通过导流管的输送设置于所述的固体氧化物燃料电池系统上部的阳极支撑层上，所述的导流管上设置有平衡气体入口和第一气体出口，所述的导流管上设置有控制氧载体或平衡气体进入化学链重整反应器的控制阀，所述的化学链重整反应器顶部设置有含碳燃料入口和合成气出口，所述的含碳燃料入口处设置有含碳燃料管，所述的含碳燃料管套设于导流管内部，同时设置于固体氧化物燃料电池系统的上方，所述的外电路用电/检测系统包括与固体氧化物燃料电池系统的阴极和阳极分别相连接的外电路系统。化学链重整反应器采用金属材料。

优选，所述的氧载体选自A₂BB′O₆的钙钛矿类、铁基、镍基和铜基一种以上的功能氧载体，其中，A为碱土金属，B为二价或三价过渡金属，B′为五价的金属。

本发明提出的氧载体采用溶胶凝胶法或者共沉淀法制备，使用溶胶凝胶法制备氧载体时，将各金属的硝酸盐溶液按化学计量比例顺序滴加混合，加入一定量的柠檬酸和乙二醇作为螯合剂，在设定的温度蒸发搅拌螯合获得胶体，低温干燥，再高温煅烧，研磨筛分后获得氧载体；使用共沉淀法制备氧载体时，配制各金属的硝酸盐溶液，按照化学计量比例顺序滴加混合，然后利用氨水调节溶液的酸碱性，获得沉淀物，过滤洗涤至中性，低温干燥后高温煅烧，研磨筛分后获得化学链重整氧载体。对于铁基、铜基、镍基等单一或复合氧载体包含当前化学链燃烧/重整等反应中常用的氧载体。

进一步的，所述的A选自Sr、Ca和Ba中的一种，B′选自Nb、Mo和W中的一种。

优选，所述的阳极支撑层材料为NiO/nYSZ，n≤9；阳极内层材料为NiO/mYSZ/ScSZ，m≥2；电解质层为ScSZ；阴极内层材料为LSM(La_xSr_1-xMnO₃)/YSZ；电流收集层为电流收集器。电流收集层由LSM材料和金属材料薄片构成。所述的阳极支撑层厚度为100～900μm，NiO与YSZ的质量比为55/45～75/25，Y₂O₃摩尔含量为1％～10％；所述的阳极内层厚度为10～30μm，NiO/YSZ/ScSZ的质量比为55:22.5:22.5～70:15:15，Sc₂O₃的摩尔含量为1％～10％，CeO₂的摩尔含量为1％～10％；电解质层厚度为10～20μm；阴极内层厚度为2～60μm，LSM/YSZ的质量比为52/48～65/35。固体氧化物燃料电池阳极支撑层及阳极内层采用流延成型方法制备，分散剂为乙醇或丙醇，球磨时间20～30小时，干燥时间为48小时，阳极支撑层及阳极内层为阳极；阳极与电解质共烧结，烧结温度为1300℃～1500℃，阴极内层及电流收集层与阳极和电解质烧结成型，温度为1000℃～1300℃。

优选，所述的外电路系统上设置有外电路的检测系统。

优选，所述的导流管上部设置有装有氧载体的料仓。

优选，所述的化学链重整反应器与固体氧化物燃料电池系统通过耐高温铝银导电胶黏剂相连接。

本发明的有益效果是：

1、过程不受燃料来源及种类的限制，常规碳基燃料可以直接通入化学链重整反应器重整为H₂+CO为主的合成气，反应后的氧载体与燃料电池接触发电，含碳燃料与电池电极不直接接触，理论积碳率为零，避免了电池电极与炭基燃料直接接触产生的诸多问题，可在发挥高温固体氧化物燃料电池高效能优势的同时实现长寿命运转。

2、整个耦合反应将燃料的电化学反应过程分步进行，两个系统间的可以直接传热传质，打破了过程热力学限制，降低了过程整体的损失，实现了合成气与电能的联合生产，具有更高的能源与资源利用效率。

3、制备合成气过程中无需纯氧或水蒸气，设备整体构成简单，易于操作，成本低廉。

4、燃料电池的电极材料和氧载体采用高离子传输的钙钛矿晶型，反应稳定、活性较好，氧载体材料还可采用其他铜、铁、镍基材料，来源广泛，经济性好。

附图说明：

图1是本发明含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产示意图；

图2是本发明固体氧化物燃料电池系统示意图；

图3是本发明实施例1中化学链重整阶段典型的合成气组分随时间演变图；

图4是本发明实施例1、2、3固体氧化物燃料电池放电时间及功率密度图；

附图标记说明：1、平衡气体入口；2、氧载体；3、导流管；4、含碳燃气入口；5、化学链重整反应器；6、电加热器；7、固体氧化物燃料电池；71、反应后的氧载体；72、阳极支撑层；73、阳极内层；74、电解质层；75、阴极内层；76、电流收集器；8、外接电路；9、用电器或电路检测系统；10、合成气体出口；11、第一气体出口；12.料仓。

具体实施方式：

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

除特别说明，本发明中提到的设备和材料均为市售。

实施例1：

采用以下步骤具体实施含碳气体化学链重整耦合燃料电池清洁发电：

(a)采用溶胶凝胶法合成Sr₂FeMoO₆型复合氧载体，将各金属的硝酸盐溶液按化学计量比例顺序滴加混合，再加入各金属离子摩尔量之和的2.5倍的柠檬酸和柠檬酸摩尔量2倍的乙二醇作为螯合剂，在80℃的温度下蒸发搅拌螯合获得胶体，105℃下干燥，再经950℃煅烧3小时，研磨筛分为200目复合氧载体；

(b)制备图2所示固体氧化物燃料电池系统，阳极支撑层72中NiO/YSZ厚度为800μm，NiO/YSZ质量比为70/30，Y₂O₃摩尔含量为5％；阳极内层73厚度为25μm，NiO/YSZ/ScSZ质量比为65:17.5:17.5，Sc₂O₃的摩尔含量为8％，CeO₂的摩尔含量为2％；电解质层74中ScSZ厚度为20μm；阴极内层75厚度为30μm，LSM/YSZ的质量为55/45。固体氧化物燃料电池的阳极支撑层72及阳极内层73的材料采用流延成型方法制备，分散剂为乙醇，球磨时间30小时，干燥时间为48小时，阳极支撑层72及阳极内层73构成阳极；阳极与电解质层74共同烧结，温度1300℃。阴极内层75及电流收集器76与阳极和电解质层74烧结成型，温度为1200℃。电流收集层在本实施例中为电流收集器76，电流收集器76中采用Fe薄片强化电流收集，电流收集器76由LSM材料和金属材料薄片构成。

(c)搭建图1所示含碳燃料化学链重整耦合固体氧化物燃料电池的装置，包括化学链重整系统、固体氧化物燃料电池系统和设置于化学链重整系统和固体氧化物燃料电池系统外部的电加热系统，化学链重整系统包括化学链重整反应器5和氧载体进料系统，氧载体进料系统包括氧载体2和输送氧载体2的导流管3，固体氧化物燃料电池系统包括自上而下依次连接的阳极支撑层72、阳极内层73、电解质层74、阴极内层75和电流收集层76，化学链重整反应器5的底部与固体氧化物燃料电池系统连接，导流管3贯穿化学链重整反应器5至固体氧化物燃料电池系统上方，氧载体2通过导流管3的输送设置于固体氧化物燃料电池系统上部的阳极支撑层72上，导流管3上设置有平衡气体入口1和第一气体出口11，导流管3上设置有控制氧载体或平衡气体进入化学链重整反应器5的控制阀，化学链重整反应器5顶部设置有含碳燃气入口4和合成气体出口10，含碳燃气入口4处设置有含碳燃料管，含碳燃料管套设于导流管3内部，同时设置于固体氧化物燃料电池系统的上方。化学链重整反应器5采用金属材料。

含碳燃料为含碳燃气，在本实施例中含碳燃料为甲烷。电加热系统用于加热化学链重整系统及固体氧化物燃料电池系统，使其达到反应所需温度，在本实施例中电加热系统为电加热器6。

该装置还包括外电路用电/检测系统，外电路用电/检测系统包括与固体氧化物燃料电池系统的阴极和阳极分别相连接的外接电路8，外接电路8上设置有用电器或电路检测系统9。通过用电器或电流检测系统9来检测该外接电路是否通电。

化学链重整反应器5采用耐高温不锈钢材料，底部采用铝银耐高温导电胶与固体氧化物燃料电池7密封。外接电路8分别接燃料电池底部的阴极收集器及阳极连接的导电不锈钢反应器。导流管3上部设置有装有氧载体2的料仓12。

(d)反应开始时，先将合成的氧载体加入料仓12中，设定外加热器反应温度900℃，升温速率20℃/min，开启平衡气入口1及第一气体出口11，采用Ar置换料仓中空气，同时开启含碳燃气入口4及合成气出口10，采用Ar置换化学链重整反应器5中的空气。待温度到达设定值以后，关闭第一气体出口11，打开导流管3上的球阀开关，使得料仓12内的氧载体2进入固体氧化物燃料电池7表面；关闭平衡气体入口1，切换含碳燃气入口4，含碳燃气为CH4气氛，甲烷与氧载体发生化学链重整反应生成以H₂与CO为主的合成气，合成气从合成气出口10排出，待氧载体中晶格氧反应完毕后，切换气体入口4为Ar，接通外电路，空气中的氧气在阴极获得电子形成O^2-，经电解质传导到阳极，在阳极表面将反应后的氧载体71重新氧化，恢复氧载体的晶格氧同时释放出电子到外电路，电子经电路到达阴极，电化学反应持续进行。氧载体反应完毕，重复以上化学链重整过程，两反应交替进行，实现化学链重整制取合成气与燃料电池清洁发电共联产。

(e)化学链重整阶段中典型的合成气组分随时间演变见图3，本实施例中实施条件及气体总组成结果见表1，相应燃料电池供电时间及功率密度见图4。

表1 基于Sr₂FeMoO₆氧载体的化学链重整耦合燃料电池发电的实施条件及气体组成结果

由图3和图4可以得出：本发明技术可在含碳燃料化学链重整定向制取合成气的同时实现固体燃料电池清洁发电。与常规燃料电池直接与含碳燃料接触的发电形式不同，本发明采用还原态氧载体与燃料电池阳极直接接触，从而避免了积碳等问题的发生。

实施例2：

(a)采用共沉淀法制备具有较高离子迁移性能的多元素Sr₂FeWO₆钙钛矿类复合氧载体，配制各金属的硝酸盐溶液，按照化学计量比例顺序滴加混合，然后利用氨水调节溶液的酸碱性，获得沉淀物，过滤洗涤至中性，低温干燥后再900℃煅烧3小时，研磨筛分为200目复合氧载体。

(b)制备图2所示燃料电池系统。阳极支撑层72中NiO/YSZ厚度为720μm，NiO/YSZ质量比为60/40，Y₂O₃摩尔含量为4％；阳极内层73厚度为23μm，NiO/YSZ/ScSZ的质量比为60:20:20，Sc₂O₃的摩尔含量为11％，CeO₂的摩尔含量为2％；电解质层74厚度为18μm；阴极内层75厚度为50μm，LSM/YSZ的质量比为58/42。燃料电池阳极支撑层及阳极内层采用流延成型方法制备，分散剂为乙醇，球磨时间24小时，干燥时间为48小时，阳极支撑层和阳极内层共同构成阳极；阳极与电解质层74共烧结，温度1200℃。阴极内层75及电流收集器76与阳极和电解质烧结成型，温度为1250℃。电流收集器76中采用Fe薄片强化电流收集。

(c)按实施例1中的操作步骤，完成含碳气体(CH₄)化学链重整与燃料电池耦合发电过程，其实施条件及气体总组成结果见表2，燃料电池供电功率密度及时间见图4。

表2 基于Sr₂FeWO₆氧载体的化学链重整耦合燃料电池发电的实施条件及气体组成结果

实施例3：

(a)采用常规铁矿石为氧载体，初步粉碎后，再经950℃煅烧4小时，研磨筛分为200目氧载体；

(b)制备图2所示燃料电池系统。阳极支撑层72中NiO/YSZ厚度为840μm，NiO/YSZ质量比为65/35，Y₂O₃摩尔含量为3％；阳极内层73厚度为25μm，NiO/YSZ/ScSZ的质量比为65:17.5:17.5，Sc₂O₃的摩尔含量为10％，CeO₂的摩尔含量为2％；电解质层74厚度为20μm；阴极内层75厚度为45μm，LSM/YSZ的质量比为61/39。固体氧化物燃料电池阳极支撑层72及阳极内层73采用流延成型方法制备，分散剂为乙醇，球磨时间30小时，干燥时间为48小时，阳极支撑层72和阳极内层73共同构成阳极；阳极与电解质层74共烧结，温度1350℃。阴极内层75及电流收集器76与阳极和电解质层74烧结成型，温度为1200℃。电流收集器76中采用Fe薄片强化电流收集。

(c)按实施例1中的操作步骤，完成含碳气体(CH₄)化学链重整与燃料电池耦合发电过程，其实施条件及气体总组成结果分别见表3，燃料电池功率密度见图4。

表3 基于铁矿石氧载体的化学链重整耦合燃料电池发电的实施条件及气体组成结果

以上三个实施例所述的氧载体选自Sr₂FeMoO₆、Sr₂FeWO₆及铁矿石。需说明的是，其他A₂BB′O₆的钙钛矿类(其中，A为碱土金属，B为二价或三价过渡金属，B′为五价的金属)、铁基、镍基和铜基的功能氧载体基于本技术方案也可获得与以上实施例等效或相近的实施效果。

以上对本发明提供的含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的装置和方法进行了详细的介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)设定外加热温度，含碳燃料通过化学链重整反应器与氧载体反应获得以CO与H₂为主的合成气，氧载体被还原为低价态的氧载体；

(2)反应后的氧载体与固体氧化物燃料电池的阳极接触，通过外接电路向固体氧化物燃料电池的阴极释放电子形成电流，阴极表面的O₂分子得电子后生成O^2-，O^2-在内部通过固体氧化物燃料电池中的电解质向固体氧化物燃料电池的阳极传输，在阳极表面重新氧化低价态的氧载体，恢复氧载体晶格氧，电化学反应持续进行；待电化学反应完毕，重新开始化学链重整过程，以获得合成气与低价态的氧载体；

(3)化学链重整制取合成气与电化学反应过程交替循环进行，实现含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产；

所述的含碳燃料为含碳燃气，所述的氧载体为A₂BB′O₆钙钛矿类的功能氧载体，所述的A选自Sr、Ca和Ba中的一种，B选自铁、镍和铜中的一种，B′选自Nb、Mo和W中的一种。

2.根据权利要求1所述的含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的方法，其特征在于：化学链重整制取合成气的反应温度为850℃～1000℃，一个反应周期内，化学链重整制取合成气反应时间30～90min，燃料电池反应供电时间20～60min。

3.一种用于权利要求1所述的含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的方法的装置，其特征在于，包括化学链重整系统、固体氧化物燃料电池系统、外电路用电/检测系统和设置于所述的化学链重整系统和固体氧化物燃料电池系统外部的电加热系统，所述的化学链重整系统包括化学链重整反应器和氧载体进料系统，所述的氧载体进料系统包括氧载体和输送所述的氧载体的导流管，所述的固体氧化物燃料电池系统包括自上而下依次连接的阳极支撑层、阳极内层、电解质层、阴极内层和电流收集层，所述的化学链重整反应器的底部与固体氧化物燃料电池系统连接，所述的导流管贯穿所述的化学链重整反应器至所述的固体氧化物燃料电池系统上方，所述的氧载体通过导流管的输送设置于所述的固体氧化物燃料电池系统上部的阳极支撑层上，所述的导流管上设置有平衡气体入口和第一气体出口，所述的导流管上设置有控制氧载体或平衡气体进入化学链重整反应器的控制阀，所述的化学链重整反应器顶部设置有含碳燃料入口和合成气出口，所述的含碳燃料入口处设置有含碳燃料管，所述的含碳燃料管套设于导流管内部，同时设置于固体氧化物燃料电池系统的上方，所述的外电路用电/检测系统包括与固体氧化物燃料电池系统的阴极和阳极分别相连接的外电路系统，所述的外电路系统上设置有外电路的检测系统。

4.根据权利要求3所述的用于含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的方法的装置，其特征在于：所述的氧载体为A₂BB′O₆钙钛矿类的功能氧载体，所述的A选自Sr、Ca和Ba中的一种，B选自铁、镍和铜中的一种，B′选自Nb、Mo和W中的一种。

5.根据权利要求3所述的用于含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的方法的装置，其特征在于：所述的阳极支撑层材料为NiO/nYSZ，n≤9；阳极内层材料为NiO/mYSZ/ScSZ，m≥2；电解质层为ScSZ；阴极内层材料为LSM/YSZ；电流收集层为电流收集器。

6.根据权利要求5所述的用于含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的方法的装置，其特征在于：所述的阳极支撑层厚度为100～900μm，NiO与YSZ的质量比为55/45～75/25，Y₂O₃摩尔含量为1％～10％；所述的阳极内层厚度为10～30μm，NiO/YSZ/ScSZ的质量比为55:22.5:22.5～70:15:15，Sc₂O₃的摩尔含量为1％～10％，CeO₂的摩尔含量为1％～10％；电解质层厚度为10～20μm；阴极内层厚度为2～60μm，LSM/YSZ的质量比为52/48～65/35。

7.根据权利要求3所述的用于含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的方法的装置，其特征在于：所述的导流管上部设置有装有氧载体的料仓。

8.根据权利要求3所述的用于含碳燃料化学链重整制取合成气与固体氧化物燃料电池发电共联产的方法的装置，其特征在于：所述的化学链重整反应器与固体氧化物燃料电池系统通过耐高温铝银导电胶黏剂相连接。