CN114089082B - 一种固体氧化物电解池测试台架及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固体氧化物电解池测试台架及测试方法，所述测试台架包括氢电极集电件I、氢电极集电件II和若干个氧电极集电件；所述氢电极集电件I一端为凹槽结构，另一端设有与其凹槽结构底部相连通的进气管；所述氢电极集电件II一端为凹槽结构，另一端设有与其凹槽结构底部相连通的出气管；氢电极集电件I和氢电极集电件II在氢电极电流导出端处连接，若干个氧电极集电件在氧电极电流导出端处连接；所述凹槽内放置圆管状电池两端的氢电极集电端头，氢电极气体可以经过氢电极集电件I上的进气管进入电池的氢电极内部，然后经过氢电极集电件上的出气管排出；本发明台架结构简单，制备成本低，且可以多次重复使用。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池和电解池领域，具体涉及圆管状固体氧化物电解池的测试台架及测试方法。
背景技术
固体氧化物电解池是固体氧化物燃料电池的逆过程，它具有全固态结构，运行寿命更长，它不需要使用贵金属电极，制备成本更低，它耦合工业余热在高温(700℃以上)下运行，电效率可达到100％，它可用于电解水蒸气制取氢气、电解二氧化碳制取一氧化碳、供电解水蒸气/二氧化碳制取合成气等，具有广阔的应用前景。
膜电极是固体氧化物电解池的核心部件。目前膜电极主要有平板型和管型两种结构。相比平板型固体氧化物电解池堆，管型电解池堆的密封结构相对简单，整体可靠性更高。对膜电极性能和稳定性的评价可为后续集成电堆提供重要依据。管型膜电极由于集电路径长、集电面积小，对测试台架要求更高。如何保证膜电极两极电流顺利导出，如何保证两极气体充分供给且不串气，是测试台架设计的关键。
发明内容
为了解决上述技术难点，本发明提供一种圆管状固体氧化物电解池测试台架，所述测试台架包括氢电极集电件I(1)、氢电极集电件II(2)和若干个氧电极集电件、氢电极电流导出端(8)、氧电极电流导出端(9)；
所述氢电极集电件I(1)一端为凹槽结构，另一端设有与其凹槽结构底部相连通的进气管(5)；
所述氢电极集电件II(2)一端为凹槽结构，另一端设有与其凹槽结构底部相连通的出气管(6)；
氢电极集电件I(1)和氢电极集电件II(2)在氢电极电流导出端(8)处连接，若干个氧电极集电件在氧电极电流导出端(9)处连接。
进一步地，在上述技术方案中，所述氢电极集电件I(1)和氢电极集电件II(2)的凹槽结构为圆柱状凹槽结构；所述圆柱状凹槽结构的直径比待测圆管状电解池氢电极集电端头的直径大1～4mm；两者间可填充一定量的集电材料和密封材料。
进一步地，在上述技术方案中，所述氧电极集电件为镂空结构，氧电极集电件的镂空部分确保空气进入多孔氧电极层内。
一种圆管状固体氧化物电解池测试台架，所述测试台架中氢电极集电件I(1)和氢电极集电件II(2)在氢电极电流导出端(8)处通过耐高温螺母连接；若干个氧电极集电件在氧电极电流导出端(9)处通过耐高温螺母连接。
进一步地，在上述技术方案中，所述若干个氧电极集电件与待测电解池的氧电极集电层共计接触面积∶待测电解池的氧电极集电层面积为1∶4～1∶2。
进一步地，在上述技术方案中，所述氢电极集电件I(1)、氢电极集电件II(2)和氧电极集电件为耐热合金材质。
进一步地，在上述技术方案中，氢电极电流导出端(8)与阴极集电端板连接；氧电极电流导出端(9)与阳极集电端板连接。
本发明提供一种采用上述测试台架测试圆管状固体氧化物电解池的方法，包括以下步骤：
步骤一、将待测圆管状电解池一端的氢电极集电端头放入氢电极集电件(1)的凹槽内；在氢电极集电件I(1)的凹槽结构和氢电极集电端头的空隙间填充集电材料，干燥、焙烧；
步骤二、将待测圆管状电解池另一端的氢电极集电端头放入氢电极集电件II(2)的凹槽结构内，将氢电极集电件II(2)的凹槽结构和氢电极集电端头间填充集电材料，干燥、焙烧；
步骤三、向步骤一、步骤二得到的已填充集电材料的氢电极集电件I(1)和氢电极集电件II(2)的凹槽结构内添加密封材料；
步骤四、将若干个氧电极集电件包裹在电解池氧电极层上，氧电极集电件与电解池氧电极接触面积与电解池氧电极集电层面积比值为1∶4～1∶2。
进一步地，在上述技术方案中，检测过程中，氢电极气体经过氢电极集电件(1)上的进气管(5)进入电解池的氢电极内部，然后经过氢电极集电件(2)上的出气管(6)排出。
进一步地，在上述技术方案中，所述集电材料为Ag浆；所述干燥焙烧条件为在60～80℃干燥处理5～50h，然后在700～850℃焙烧1～10h；所述密封材料为密封胶，添加密封材料后在室温干燥5～50h，使密封胶完全固化，确保氢电极气体从进气管(5)进入电池，从出气管(6)排出电池过程中不与电池外部发生串气。
本发明有益效果如下：
本发明测试台架缩减了氢电极导出路径，台架中两个氢电极集电件均可导出电流，相比一端取电，本发明取电路径降低一半，减少了单池的欧姆电阻。本发明测试台架的取电面积更大，本台架中氢电极集电件的圆柱状电池槽内壁和底部均可以收集导出阳极电流，取电面积大，降低了电池欧姆电阻。本发明台架结构简单，制备成本低，安装方便，可重复使用。
附图说明
图1为实施例中圆管状固体氧化物电解池测试台架结构示意图；
1氢电极集电件I、2氢电极集电件II、3氧电极集电件I、4氧电极集电件II、5进气管、6出气管、7圆柱状电池槽、8氢电极电流导出端、9氧电极电流导出端。
具体实施方式
在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语″连接″并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。″上″、″下″、″下方″、″左″、″右″等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
实施例1
一种圆管状固体氧化物电解池测试台架，所述测试台架包括氢电极集电件I1、氢电极集电件II2和若干个氧电极集电件、氢电极电流导出端8、氧电极电流导出端9；
所述氢电极集电件I1一端为凹槽结构，另一端设有与其凹槽结构底部相连通的进气管5；
所述氢电极集电件II2一端为凹槽结构，为圆柱状电池槽7；另一端设有与其凹槽结构底部相连通的出气管6；
氢电极集电件I1和氢电极集电件II2在氢电极电流导出端8处连接，若干个氧电极集电件在氧电极电流导出端9处连接。
所述氢电极集电件I1和氢电极集电件II2的凹槽结构为圆柱状凹槽结构；所述圆柱状凹槽结构的直径比待测圆管状电解池氢电极集电端头的直径大1～4mm；两者间可填充一定量的集电材料和密封材料。
所述氧电极集电件为镂空结构，氧电极集电件的镂空部分确保空气进入多孔氧电极层内。
所述测试台架中氢电极集电件I1和氢电极集电件II2在氢电极电流导出端8)处可通过耐高温螺母连接；若干个氧电极集电件可在氧电极电流导出端9处通过耐高温螺母连接。
所述氢电极集电件I1、氢电极集电件II2和氧电极集电件为耐热合金材质。
氢电极电流导出端8与阴极集电端板连接；氧电极电流导出端9与阳极集电端板连接。
如图1所示，以测试一根两端开口的氢电极支撑型圆管状电解池为例，电解池长为15cm、直径为1em。测试台架选用Crofer22APU材质加工。安装测试台架过程如下：
步骤一、将电解池一端的氢电极集电端头放入氢电极集电件I1的圆柱状凹槽结构内，底部贴紧，圆柱状凹槽的直径为1.2cm，深度为1.5cm。氢电极集电端头直径稍小于圆柱状凹槽的直径，氢电极集电件I1的圆柱状凹槽结构和氢电极集电端头的空隙间填充集电Ag浆，在60℃干燥处理20h，然后在800℃焙烧5h。
步骤二、将电解池另一端的氢电极集电端头放入氢电极集电件II2的圆柱状电池槽7内，底部贴紧，圆柱状电池槽的直径为1.2cm，深度为1.5cm。在电池槽和氢电极集电端头间填充集电Ag浆，在60℃干燥处理20h，然后在800℃焙烧5h。
步骤三、在氢电极集电件I1和氢电极集电件II2的圆柱状凹槽内添加密封胶，在室温干燥20h，是密封胶完全固化，确保氢电极气体从进气管5进入电池，从出气管6排出电解池过程中不与电池外部发生串气。
步骤四、将氧电极集电件I3与氧电极集电件II4包裹在电解池氧电极层上，氧电极集电件为镂空设计，氧电极集电件与氧电极接触总面积与氧电极集电层面积比值为1∶2，氧电极集电件的镂空部分确保空气进入多孔氧电极层内。
步骤五、测试台架中氢电极集电件I1和氢电极集电件II2在氢电极电流导出端8处通过耐高温螺母连接，并与阴极集电端板连接；氧电极集电件I3和氧电极集电件II4等在氧电极电流导出端9处通过耐高温螺母连接，并与阳极集电端板连接。
在水蒸气电解模式下，800℃、1.3V绝对湿度50％下，电解池电流密度达到-0.35Acm-2。
Claims (8)
1.一种固体氧化物电解池测试台架，其特征在于：所述测试台架包括氢电极集电件Ⅰ（1）、氢电极集电件Ⅱ（2）和若干个氧电极集电件、氢电极电流导出端（8）、氧电极电流导出端（9）；
所述氢电极集电件Ⅰ（1）一端为凹槽结构，另一端设有与其凹槽结构底部相连通的进气管（5）；
所述氢电极集电件Ⅱ（2）一端为凹槽结构，另一端设有与其凹槽结构底部相连通的出气管（6）；
氢电极集电件Ⅰ（1）和氢电极集电件Ⅱ（2）在氢电极电流导出端（8）处连接，若干个氧电极集电件在氧电极电流导出端（9）处连接；
所述氧电极集电件为镂空结构；
所述若干个氧电极集电件与待测电解池的氧电极集电层共计接触面积:待测电解池的氧电极集电层面积为1:4~1:2。
2.根据权利要求1所述测试台架，其特征在于：所述氢电极集电件Ⅰ（1）和氢电极集电件Ⅱ（2）的凹槽结构为圆柱状凹槽结构；所述圆柱状凹槽结构的直径比待测圆管状电解池氢电极集电端头的直径大1~4mm。
3.根据权利要求1所述测试台架，其特征在于：所述测试台架中氢电极集电件Ⅰ（1）和氢电极集电件Ⅱ（2）在氢电极电流导出端（8）处通过耐高温螺母连接；若干个氧电极集电件在氧电极电流导出端（9）处通过耐高温螺母连接。
4.根据权利要求1所述测试台架，其特征在于：所述氢电极集电件Ⅰ（1）、氢电极集电件Ⅱ（2）和氧电极集电件为耐热合金材质。
5.根据权利要求1所述测试台架，其特征在于：氢电极电流导出端（8）与阴极集电端板连接；氧电极电流导出端（9）与阳极集电端板连接。
6.一种采用权利要求1~5任意一项所述测试台架测试固体氧化物电解池的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、将待测圆管状电解池一端的氢电极集电端头放入氢电极集电件（1）的凹槽内；在氢电极集电件Ⅰ（1）的凹槽结构和氢电极集电端头的空隙间填充集电材料，干燥、焙烧；
步骤二、将待测圆管状电解池另一端的氢电极集电端头放入氢电极集电件Ⅱ（2）的凹槽结构内，将氢电极集电件Ⅱ（2）的凹槽结构和氢电极集电端头间填充集电材料，干燥、焙烧；
步骤三、向步骤一、步骤二得到的已填充集电材料的氢电极集电件Ⅰ（1）和氢电极集电件Ⅱ（2）的凹槽结构内添加密封材料；
步骤四、将若干个氧电极集电件包裹在电解池氧电极层上，氧电极集电件与电解池氧电极接触面积与电解池氧电极集电层面积比值为1:4~1:2。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：检测过程中，氢电极气体经过氢电极集电件（1）上的进气管（5）进入电解池的氢电极内部，然后经过氢电极集电件（2）上的出气管（6）排出。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述集电材料为Ag浆；所述干燥焙烧条件为在60~80℃干燥处理5~50h，然后在700~850℃焙烧1~10h；所述密封材料为密封胶，添加密封材料后在室温干燥5~50h，使密封胶完全固化，确保氢电极气体从进气管（5）进入电池，从出气管（6）排出电池过程中不与电池外部发生串气。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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