一种用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置

本发明涉及电化学，尤其涉及一种用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置。

背景技术：

1、能源是推动社会经济发展的重要动力之一，而如何对能源燃料的充分利用和尾气无污染处理，一直是人们对技术关注的热点话题。固体氧化物燃料电池(sofcs)是一种高效的发电装置，与传统的热机发电模式相比，其发电效率要高出30％-40％；直接煤燃料电池(dcfcs)是在其基础上进行发展，dcfcs发电模式是利用在高温下，co2和c进行布多尔反应(boudouard)，生成co作为燃料进行电化学发电。但是，目前仍有两大技术挑战限制了直接煤燃料电池的规模化应用。

2、一、密封困难以及燃料的持续性输送无法满足，传统的平板与管式结构设计难以解决碳燃料输送以及密封困难的问题，在经过一次反应过后，燃料不足无法得到及时补充，反应无法持续运行。

3、二、co2排放不能得到有效处理。在进行煤燃料发电利用时，并没有考虑到co2的排放处理，co2的排放加剧温室效应，对环境造成危害；另外，co2的排放也不符合国家目前的标准；其次从热量损失的角度上来说，高温反应后的气体仍有很高的能量，直接排放而不加以利用也会造成热量的损失浪费。

4、除此之外，管式电池间的连接体在非还原性的气氛下耐久性差，目前针对管状的直接碳燃料电池的制备成本也相对比较高，其模具限制了电池管的尺寸不能随意调整修改。

5、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，旨在解决现有直接煤燃料电池发电装置密封困难以及co2排放不能得到有效处理的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，包括：内部中空的壳体，设置于所述壳体相对两端的进气口和出气口，从所述进气口向所述出气口方向依次设置的煤粉流化床层、单腔电池组、co2吸附床层。

4、所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其中，所述壳体包括两端开口的容纳腔体，设置于所述容纳腔体的两端的上连接件和下连接件；所述上连接件与所述容纳腔体的连接方式为可拆卸连接；所述下连接件与所述容纳腔体的连接方式为可拆卸连接。

5、所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其中，所述进气口设置于所述下连接件上，所述出气口设置于所述上连接件上；所述煤粉流化床层、单腔电池组和co2吸附床层均设置于所述容纳腔体内。

6、所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其中，所述用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置还包括靠近所述进气口一侧设置的粉煤灰收集口。

7、所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其中，所述用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置还包括至少一个导线口。

8、所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其中，所述煤粉硫化床层靠近所述单腔电池组的一侧设置有石棉。

9、所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其中，所述单腔电池组由若干个电池串联组成；且若干个所述电池之间设有第一气体流道。

10、所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其中，所述电池包括依次叠设的阳极、电解质和阴极；所述阴极的材料为srsc0.075ta0.025fe0.9o3-δ，所述阳极的材料为nioysz阳极结构。

11、所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其中，所述进气口用于通入煤粉与空气和/或水蒸气混合后的混合物。

12、所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其中，所述煤粉流化床层的内部设置有分流流道；所述单腔电池组与所述co2吸附床层之间设置有第二气体流道。

13、有益效果：本发明提供一种用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，包括：内部中空的壳体，设置于所述壳体相对两端的进气口和出气口，从所述进气口向所述出气口方向依次设置的煤粉流化床层、单腔电池组、co2吸附床层。本发明通过采用单腔直接煤燃料电池发电直接避开了电池密封的问题，无需密封即可进行反应，单腔电池在单气氛下进行工作，气体燃料通过进气口导入装置的腔体内进行反应，单腔电池组的阴极和阳极会“各取所需”，阴极会与氧气发生反应，而阳极则会与气体燃料反应，从而避开了传统单体电池的密封困难问题。并且，该装置能够实现可持续性的煤粉输入，同时能够实现煤与电池的无直接接触，保证电池的界面保持清洁，提高界面与气体的接触面积。另外，该装置在尾气排出前，气体会经过co2吸附床层，将co2与co2吸附床层中的mgo、cao等碱性废料反应生成矿物碳酸钙等，并将产物用于后续的工业生产。

技术特征：

1.一种用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其特征在于，包括：内部中空的壳体，设置于所述壳体相对两端的进气口和出气口，从所述进气口向所述出气口方向依次设置的煤粉流化床层、单腔电池组、co2吸附床层。

2.根据权利要求1所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其特征在于，所述壳体包括两端开口的容纳腔体，设置于所述容纳腔体的两端的上连接件和下连接件；所述上连接件与所述容纳腔体的连接方式为可拆卸连接；所述下连接件与所述容纳腔体的连接方式为可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其特征在于，所述进气口设置于所述下连接件上，所述出气口设置于所述上连接件上；所述煤粉流化床层、单腔电池组和co2吸附床层均设置于所述容纳腔体内。

4.根据权利要求1所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其特征在于，所述用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置还包括靠近所述进气口一侧设置的粉煤灰收集口。

5.根据权利要求1所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其特征在于，所述用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置还包括至少一个导线口。

6.根据权利要求1所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其特征在于，所述煤粉硫化床层靠近所述单腔电池组的一侧设置有石棉。

7.根据权利要求1所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其特征在于，所述单腔电池组由若干个电池串联组成；且若干个所述电池之间设有第一气体流道。

8.根据权利要求7所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其特征在于，所述电池包括依次叠设的阳极、电解质和阴极；所述阴极的材料为srsc0.075ta0.025fe0.9o3-δ，所述阳极的材料为nio ysz阳极结构。

9.根据权利要求1所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其特征在于，所述进气口用于通入煤粉与空气和/或水蒸气混合后的混合物。

10.根据权利要求1所述的用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，其特征在于，所述煤粉流化床层的内部设置有分流流道；所述单腔电池组与所述co2吸附床层之间设置有第二气体流道。

技术总结
本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种用于无碳排放直接煤燃料电池发电的装置，包括：内部中空的壳体，设置于壳体相对两端的进气口和出气口，从进气口向出气口方向依次设置的煤粉流化床层、单腔电池组、CO<subgt;2</subgt;吸附床层。本发明通过采用单腔直接煤燃料电池发电无需密封即可进行反应，单腔电池在单气氛下进行工作，气体燃料通过进气口导入装置的腔体内进行反应，单腔电池组的阴极和阳极会“各取所需”，阴极会与氧气发生反应，而阳极则会与气体燃料反应。另外，该装置在尾气排出前，气体会经过CO<subgt;2</subgt;吸附床层，将CO<subgt;2</subgt;与CO<subgt;2</subgt;吸附床层中的MgO、CaO等碱性废料反应生成矿物碳酸钙等，并将产物用于后续的工业生产。

技术研发人员：谢和平,朱浩杰,陈彬,章远,李俊彪,刘志鹏,翟朔,廖海龙
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14