一种电极模块及包括其的电化学系统的制作方法

本发明公开一种电极模块及包括其的电化学系统。更具体而言，公开了一种可扩展型电极模块及包括其的电化学系统，所述可扩展型电极模块集成了用于并排连接固体氧化物燃料电池或电堆的歧管、用于维持高温运行的高温回热器和电加热器。

背景技术：

1、尽管目前已有许多用于高温燃料电池的热箱（hot box）（包括天然气/城市燃气重整器和燃烧器等）的商业化实例，但存在其容量小且无法用于不包括重整器和燃烧器的纯氢燃料电池或水电解用途的问题。

2、目前示范阶段所采用的高温电堆容量为3 kw至10 kw水平，与低温电堆的容量1mw至10 mw相比，制氢能力显著偏低。另外，目前处于示范阶段的高温水电解热箱的容量，在韩国为数十kw水平，在海外为数百kw水平，远未达到商业化水平。

3、由于高温电堆、回热器及电加热器在550℃至800℃的高温下运行，因此在暴露于外部空气时会产生较大的热损失，从而导致制氢效率急剧降低。

4、此外，目前所采用的热箱中，回热器、电加热器和高温管道网络大多设置于隔热材料的外部，未能达到商业化所需的制氢效率水平。

技术实现思路

1、本发明一实施例提供一种可扩展型电极模块，其集成了用于并排连接固体氧化物燃料电池或电堆的歧管、用于维持高温运行的高温回热器和电加热器。

2、本发明的另一实施例提供一种包括所述电极模块的电化学系统。

3、本发明的一方面提供一种电极模块，其包括：

4、第一流体的流入口；

5、与所述第一流体的流入口流体连通的回热器；

6、与所述回热器流体连通的电加热器；

7、与所述电加热器流体连通的第一流体的供给管；

8、与所述第一流体的供给管流体连通的电堆安装部；

9、与所述电堆安装部流体连通的第二流体的排出手段；以及

10、经由所述回热器与所述第二流体的排出手段流体连通的第二流体的排出口，

11、其中，所述回热器用于使所述第一流体与所述第二流体进行热交换。

12、所述第一流体的流入口可与所述第二流体的排出口彼此流体隔离且紧密相邻地设置。

13、所述电堆安装部可以为多个，此时，所述多个电堆安装部分为左右对称设置的第一列电堆安装部和第二列电堆安装部，所述第一流体的供给管成对并排设置于所述第一列电堆安装部与所述第二列电堆安装部之间，并且以所述第一流体的供给管为基准观察时，在所述第一列电堆安装部的外侧和所述第二列电堆安装部的外侧各设一个所述第二流体的排出手段，其并排构成一对。

14、本发明的另一方面提供一种电化学系统，其包括：

15、上述电极模块；以及

16、电堆。

17、本发明的又一方面提供一种电极模块，其包括：

18、蒸汽流入口；

19、与所述蒸汽流入口流体连通的燃料极回热器；

20、与所述燃料极回热器流体连通的燃料极电加热器；

21、与所述燃料极电加热器流体连通的蒸汽供给管；

22、与所述蒸汽供给管流体连通的燃料极电堆安装部；

23、与所述燃料极电堆安装部流体连通的蒸汽供给喷嘴；

24、与所述燃料极电堆安装部流体连通的氢气排出喷嘴；

25、与所述燃料极电堆安装部流体连通的氢气排出管；以及

26、经由所述燃料极回热器与所述氢气排出管流体连通的氢气排出口，

27、其中，所述燃料极回热器用于使通过所述蒸汽流入口流入的蒸汽与从所述氢气排出管排出的氢气进行热交换。

28、所述燃料极电堆安装部可以包括彼此流体隔离的蒸汽供给通道和氢气排出通道，所述蒸汽供给通道用于将所述蒸汽供给管与蒸汽供给喷嘴相互连接，所述氢气排出通道用于将所述氢气排出喷嘴与所述氢气排出管相互连接。

29、所述蒸汽供给喷嘴和所述氢气排出喷嘴可以分别设置于所述燃料极电堆安装部的上表面。

30、本发明的又一方面提供一种电极模块，其包括：

31、外部空气流入口；

32、与所述外部空气流入口流体连通的空气极回热器；

33、与所述空气极回热器流体连通的空气极电加热器；

34、与所述空气极电加热器流体连通的外部空气供给管；

35、与所述外部空气供给管流体连通的空气极电堆安装部；

36、与所述空气极电堆安装部流体连通的排气通道；以及

37、经由所述空气极回热器与所述排气通道流体连通的排气口，

38、其中，所述空气极回热器用于使通过所述外部空气流入口流入的外部空气与从所述排气通道排出的排气进行热交换。

39、所述空气极电堆安装部为多个，此时，所述电极模块还可以包括多个空气导向件，其与所述外部空气供给管一起用于分隔所述多个空气极电堆安装部。

40、所述电极模块还可以包括设置于相邻的两个空气导向件之间的压缩杆。

41、本发明的再一方面提供一种电化学系统，其包括：

42、包括上述电极模块的燃料极模块；

43、包括上述另一个电极模块的空气极模块；以及

44、电堆。

45、所述空气极模块设置在所述燃料极模块上，所述电化学系统还可以包括一对侧面板，其设置在所述燃料极模块上以分别覆盖所述空气极模块的一侧面和另一侧面。

46、所述空气极模块还可以包括压缩杆，其贯穿所述空气极模块与所述燃料极模块两者。

47、所述电化学系统还可以包括与所述压缩杆的所述空气极模块侧一端部结合的第一螺母、与所述压缩杆的所述燃料极模块侧另一端部结合的弹簧，以及与所述压缩杆的所述另一端部结合以压缩所述弹簧的第二螺母。

48、所述电化学系统可以为固体氧化物燃料电池系统或固体氧化物水电解系统。

49、根据本发明一实施例的电极模块及包括其的电化学系统，通过实现高效固体氧化物燃料电池或水电解技术即高温固体氧化物燃料电池或水电解系统的集成化，可以大幅降低大容量固体氧化物燃料电池或水电解系统的构建成本，并且通过集成化所带来的隔热效果的提升，还可以最大限度地提高固体氧化物燃料电池或水电解系统的热效率。

50、另外，根据本发明一实施例的电极模块以平台形式制备，可将多个电堆串联和/或并排连接或进行层叠。

1.一种电极模块，其包括：

2.根据权利要求1所述的电极模块，其中，

3.根据权利要求1所述的电极模块，其中，

4.一种电化学系统，其包括：

5.一种电极模块，其包括：

6.根据权利要求5所述的电极模块，其中，

7.根据权利要求6所述的电极模块，其中，

8.一种电极模块，其包括：

9.根据权利要求8所述的电极模块，其中，

10.根据权利要求9所述的电极模块，还包括：

11.一种电化学系统，其包括：

12.根据权利要求11所述的电化学系统，其中，

13.根据权利要求12所述的电化学系统，其中，

14.根据权利要求13所述的电化学系统，还包括：

15.根据权利要求11所述的电化学系统，其中，