Электрохимический генератор на твёрдооксидных топливных элементах

Изобретение относится к устройствам для прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую с использованием твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) и может быть использовано для автономного энергоснабжения различных бытовых и технологических устройств небольшой мощности. Предложен электрохимический генератор на твёрдоокисных топливных элементах, содержащий корпус, расположенную в нём камеру смешения топлива и окислителя, камеру окисления топлива с расположенным в ней по меньшей мере одним топливным элементом, камеру дожига продуктов окисления, камеру нагрева и распределения окислителя, при этом выход камеры смешения топлива и окислителя соединен с камерой окисления топлива, а выход камеры окисления топлива соединён с входом в камеру дожига продуктов окисления. Отличительной особенностью предложенного электрохимического генератора является то, что камера окисления топлива включает две зоны: зону парциального окисления топлива и зону электрохимического окисления топлива, для чего камера окисления топлива отделена от камеры смешения топлива и окислителя проницаемой для смеси топлива и окислителя стенкой, выполненной из жаростойкого материала. Повышение эффективности использования топлива, увеличение надежности устройства, упрощение конструкции, а также ускорение выхода ТОТЭ на рабочий режим является техническим результатом изобретения. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую с использованием твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) и может быть использовано для автономного энергоснабжения различных бытовых и технологических устройств небольшой мощности.

В настоящее время ощущается острая потребность в автономных источниках рассредоточенного энергоснабжения небольшой мощности для удовлетворения бытовых и производственных потребностей удаленных потребителей, обладающих собственными источниками газообразного и жидкого органического топлива: природным и попутным газом, сжиженными углеводородными газами, газовым конденсатом, биогазом и другими видами углеводородного сырья. Удобным источником для удовлетворения этих потребностей могут стать твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ). Однако известные конструкции энергоисточников на основе ТОТЭ крайне сложны в эксплуатации, требуют большого количества вспомогательного оборудования и сложной подготовки топливного газа, что делает их неприемлемыми для большинства практических целей.

Известно устройство для прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую /US 4374184, H01M 8/06, 1983/, включающее батарею из трубчатых элементов. Корпус батареи известного устройства включает генерирующую камеру, камеру дожига, которая является также камерой предварительного нагрева воздуха, камеру входящего воздуха и камеру перемешивания реагентов для реформирования топлива и распределения продуктов реформирования. Трубчатые элементы известной батареи расположены горизонтально, выполнены в виде пробирок из диоксида циркония, закрытые концы которых направлены к камере смешения, а открытые - к камере дожига и нагрева воздуха. Камеры известного устройства разделены перегородками с проходными отверстиями для обеспечения перехода соответствующих газовых потоков между камерами. Одна из перегородок представляет собой трубную доску с трубками для подачи воздуха внутрь элементов к их закрытым концам. Совокупность трубок для подачи воздуха во внутренние полости элементов, большая длина каналов для потоков воздуха предопределяют значительное гидравлическое сопротивление для потоков воздуха, что предполагает наличие устройств для принудительной подачи воздуха.

Известно изобретение, где описан электрохимический генератор на базе твердооксидных топливных элементов /RU 2027258, 1995, H01M8/12/. Известный электрохимический генератор (ЭХГ-ТОТЭ) включает корпус, разделенный поперечными перегородками с проходными отверстиями на камеру смешения топлива и окислителя, камеру электрохимического окисления с батареей вертикально расположенных топливных элементов в виде пробирок, закрытые концы которых направлены к камере смешения, и камеру дожига топлива и нагрева воздуха. В камере смешения топлива и окислителя находится катализатор преобразования смеси газов в синтез-газ. Топливные элементы открытыми концами заглублены в перегородку между камерой электрохимического окисления и камерой дожига топлива и нагрева воздуха. Камера смешения расположена в нижней части корпуса, а камера дожига топлива – в его верхней части. Нагрев воздуха, поступающего во внутреннее пространство элементов, осуществляется за счет теплообмена с газами, выходящими из камеры дожига. Большая длина пути подаваемого воздуха, включающая изменение направления потока, предопределяет значительное гидравлическое сопротивление потоку, поэтому воздух в камеру электрохимического окисления подается с помощью побудителя расхода воздуха. Основной недостаток такого ЭХГ – необходимость использования устройств для подачи воздуха, содержащих движущиеся части, что снижает надежность ЭХГ и ведет к усложнению его конструкции, снижению общей эффективности (КПД) устройства.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является патент /RU 2474929, H01M8/12, 2013/ на электрохимический генератор на твердооксидных топливных элементах, который содержит корпус, расположенные в нем друг над другом камеру смешения метана и воздуха, камеру парциального окисления метана, камеру электрохимического окисления топлива с батареей топливных элементов и камеру дожига топлива. Данная конструкция выбрана за прототип. Отличительной особенностью прототипа является то, что генератор содержит вторую камеру смешения метана и воздуха, расположенную под первой камерой смешения метана и воздуха. Камера парциального окисления метана содержит совокупность трубок, закрепленных на трубной доске, с нанесенным на их внешние поверхности катализатором парциального окисления метана. Топливные элементы в виде трубок с открытыми концами соосно соединены с трубками камеры парциального окисления. Камера дожига содержит совокупность перфорированных пластин с нанесенным на них катализатором дожига, а на внутренней поверхности трубок камеры парциального окисления нанесен катализатор окисления топлива в избытке воздуха.

К недостаткам прототипа можно отнести низкую эффективность использования топлива, невысокую надежность, а также сложность конструкции. Указанные недостатки обусловлены наличием отдельной горелки для первоначального нагрева камеры окисления природного газа в синтез-газ, высокими требованиями к чистоте используемого природного газа и невозможностью использования других видов газового сырья, что приводит к высокой вероятности сажеобразования на поверхности катализатора парциального окисления и его выхода из строя в результате зауглероживания или перегрева.

Изобретение решает задачу по созданию электрохимического генератора, лишённого указанных недостатков. Технический результат заключается в повышении эффективности использования топлива, увеличении надежности устройства, упрощении конструкции, ускорении выхода ТОТЭ на рабочий режим.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата предлагается электрохимический генератор на твёрдоокисных топливных элементах, содержащий корпус, расположенную в нём камеру смешения топлива и окислителя, камеру окисления топлива с расположенным в ней по меньшей мере одним топливным элементом, камеру дожига продуктов окисления. При этом выход камеры смешения топлива и окислителя соединен с камерой окисления топлива. Выход камеры окисления топлива соединён с входом в камеру дожига продуктов окисления. Отличительной особенностью заявляемого ЭХГ является то, что камера окисления топлива включает две зоны: зону парциального окисления топлива и зону электрохимического окисления топлива. При этом камера окисления топлива отделена от камеры смешения топлива и окислителя проницаемой для смеси топлива и окислителя стенкой, выполненной из жаростойкого материала.

Дополнительно предлагается между зонами парциального окисления топлива и электрохимического окисления топлива установить перфорированный экран с зазором по отношению к проницаемой стенке.

Перфорированный экран может отстоять от проницаемой стенки на расстоянии 0,5-5 мм.

Дополнительно предлагается топливный элемент выполнить в виде трубки с открытыми концами, при этом внутренняя сторона трубки является пористым воздушным электродом, внешняя сторона – пористым топливным электродом, а между электродами расположен газоплотный кислородный электролит. В частности, ЭХГ может содержать несколько трубных топливных элементов, консольно закрепленных одним концом в трубной решётке, а другие концы соединены с камерой дожига продуктов окисления. При этом камеру окисления топлива может отделять от камеры дожига продуктов окисления перегородка с отверстиями, в которые с зазором помещены концы топливных элементов.

Проницаемая для смеси топлива и окислителя стенка может быть выполнена из перфорированной керамики, или из металлической сетки, или из прессованной металлической проволоки, или из металлоткани, или из пенометалла.

В частном случае, в зоне электрохимического окисления возможно расположить батарею в виде набора расположенных вертикально и параллельно друг другу трубчатых топливных элементов с открытыми концами.

Топливный элемент может быть выполнен в виде трубчатого элемента, например, имеющего круглое поперечное сечение или прямоугольное сечение с открытыми концами, при этом внешняя сторона элемента может быть покрыта пористым анодом, таким как, например, Ni-YSZ стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония (YSZ). Анод может быть покрыт с внутренней стороны плотным электролитом, таким как, например, Y2O3-ZrO2. Плотный электролит может быть покрыт с внутренней стороны пористым катодом, таким как, например, LaMnO3. Составы, используемые для изготовления трубок ТОТЭ, не критичны для настоящего изобретения.

Объединение в камере окисления топлива двух зон: зоны парциального окисления топлива и зоны электрохимического окисления топлива, разделенных перфорированным экраном, отделение камеры окисления топлива от камеры смешения топлива и окислителя проницаемой для смеси топлива и окислителя стенкой, выполненной из жаростойкого материала, позволяет обеспечить режим устойчивого поверхностного горения (парциального окисления) топлива, подогрев окислителя за счет тепла, выделенного от реакции парциального окисления. Позволяет также увеличить надежность устройства, ускорить выход ТОТЭ на рабочий режим, повысить эффективность использования топлива и использовать в качестве топлива широкий ассортимент различных углеводородных газов как природного, так и биологического происхождения, а также упростить конструкцию за счет исключения из конструкции ЭХГ горелки для предварительного разогрева дополнительных устройств для принудительной прокачки газов.

Установка перфорированного экрана с зазором по отношению к проницаемой стенке позволяет добиться устойчивого горения топлива.

Таким образом, достигается технический результат.

Изобретение иллюстрируется рисунками: на фиг. 1 представлена сборка ЭХГ в аксонометрии, на фиг. 2 – вертикальный разрез ЭХГ, где 1 - корпус, 2 - камера смешения топлива и окислителя, 3 - камера окисления топлива, 4 – топливный элемент, 5 - камера дожига продуктов окисления, 6 – камера нагрева и распределения окислителя, 7 - зона парциального окисления топлива, 8 - зона электрохимического окисления топлива, 9 - проницаемая для смеси топлива и окислителя стенка, 10 - перфорированный экран, 11 - трубная решётка, 12 – перегородка, 13 – теплоизоляция, 14 – кожух, 15 – отверстия в трубной решетке 11, 16 – отверстия в перегородке 12, 17 – теплообменник.

Корпус 1 может иметь прямоугольную или круглую форму. Корпус 1 окружен теплоизоляцией 13, закрытой кожухом 14. Камера 2 смешения топлива и окислителя примыкает к корпусу 1, часть стенок которого является стенками камеры. Замыкают камеру 2 проницаемые для смеси топлива и окислителя стенки 9, которые внешней своей стороной образуют камеру окисления топлива 3, которая может иметь прямоугольную или круглую форму, камера окисления топлива 3 имеет две зоны: зону парциального окисления 7 и зону электрохимического окисления топлива 8.

Батарея топливных элементов 4 может поддерживаться различными функциональными компонентами, в частности трубной решеткой 11, выполненной из оксида алюминия или другого выдерживающего высокие температуры материала.

В трубной решетке 11 сформирован набор отверстий 15, которые обеспечивают проход к внутренним пространствам трубок 4.

На втором конце трубки 4 фиксируются выступами в отверстиях 16 в перегородке 12.

В камере 6 теплообменник 17 представляет собой набор металлических трубок из жаропрочного металла. Верхние концы трубок вставлены в отверстия крышки камеры 6, а нижние концы трубок вставлены в отверстия корпуса 1. Камера 6 образуется решеткой 10, которая герметично соединяется с крышкой теплообменника 17.

Устройство работает следующим образом. Исходный углеводородный газ (метан, пропан, природный газ, биогаз и др.) одновременно с окислителем (воздухом или кислородом) подают в камеру смешения топлива и окислителя 2, смесь топлива и окислителя проходит через проницаемую стенку 9, происходит газофазный автотермический процесс парциального окисления (конверсия) с образованием синтез-газа с выделением тепла. Данный процесс делает возможным использование практически любого газообразного углеводородного топлива и не требует его глубокой очистки от примесей. Запуск ЭХГ производится поджигом газовоздушной смеси на внутренней поверхности проницаемой стенки 9. Перфорированный экран 10, с одной стороны, пропускает синтез-газ к топливным элементам, а с другой стороны, отражает излучение на проницаемую стенку 9 и стабилизирует поверхностное горение на стенке 9 смеси топлива и окислителя. Подача горячего синтез-газа к топливным элементам 4 осуществляется путём естественной конвекции, синтез-газ равномерно омывает топливные элементы, далее отработанный синтез-газ выходит через отверстия 16 в перегородке 12 в камеру дожига 5. Окислитель (воздух) для электрохимического окисления поступает через теплообменник 17, используя тепло от процесса парциального окисления, в камеру 6 и далее нагретым распределяется по элементам ТОТЭ 4, обеспечивая непрерывное равномерное протекание окислителя по внутренней полости элемента.

При определенных условиях протекание окислителя осуществляется путем естественной конвекции.

После достижения топливными элементами 4 температуры 750°С электрохимический генератор подключают к нагрузке.

1. Электрохимический генератор на твёрдооксидных топливных элементах, содержащий корпус, расположенную в нём камеру смешения топлива и окислителя, камеру окисления топлива с расположенным в ней по меньшей мере одним топливным элементом, камеру дожига продуктов окисления, камеру нагрева и распределения окислителя, при этом выход камеры смешения топлива и окислителя соединен с камерой окисления топлива, выход камеры окисления топлива соединён с входом в камеру дожига продуктов окисления, отличающийся тем, что камера окисления топлива включает две зоны: зону парциального окисления топлива и зону электрохимического окисления топлива, при этом камера окисления топлива отделена от камеры смешения топлива и окислителя проницаемой для смеси топлива и окислителя стенкой, выполненной из жаростойкого материала.

2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что между зонами парциального окисления топлива и электрохимического окисления топлива установлен перфорированный экран с зазором по отношению к проницаемой стенке.

3. Генератор по п. 2, отличающийся тем, что перфорированный экран отстоит от проницаемой стенки на расстоянии 0,5-5 мм.

4. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что топливный элемент выполнен в виде трубки с открытыми концами, внутренняя сторона трубки является пористым воздушным электродом, внешняя сторона – пористым топливным электродом, а между электродами расположен газоплотный кислородный электролит.

5. Генератор по п. 4, отличающийся тем, что он содержит несколько трубных топливных элементов, консольно закрепленных одним концом в трубной решётке, а другие концы соединены с камерой дожига продуктов окисления.

6. Генератор по п. 5, отличающийся тем, что камеру окисления топлива отделяет от камеры дожига продуктов окисления перегородка с отверстиями, в которые с зазором помещены концы топливных элементов.

7. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что проницаемая для смеси топлива и окислителя стенка выполнена из перфорированной керамики, или из металлической сетки, или из прессованной металлической проволоки, или из металлоткани, или из пенометалла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу эксплуатации бифункциональной электрохимической системы, содержащей анодную и катодную электродные камеры с четырехходовыми клапанами на входе и выходе из электродных камер, резервуар-сепаратор с водой, соединенный с анодной и катодной камерами и с контейнерами хранения водорода и кислорода, насосы, включающему очистку от газов анодной и катодной электродных камер при смене режимов работы, отличающемуся тем, что систему снабжают дополнительными насосами и дополнительным резервуаром-сепаратором с водой, сообщающимся с источником поступления воды и имеющим выходы для подсоединения трубопроводов к входам анодной и катодной камер бифункциональной электрохимической системы, осуществляют очистку электродных камер путем закачивания в них воды из дополнительного резервуара и вытеснения оставшихся газов из анодной и катодной камер в контейнеры для хранения водорода и кислорода.
Изобретение относится к катализатору для разложения углеводородов, способу его получения и к батарее топливных элементов. Катализатор содержит соединение, содержащее по меньшей мере никель и алюминий, и металлический никель, имеющий диаметр частиц от 1 до 25 нм, в котором энергии связи между металлическим никелем и соединением, содержащим по меньшей мере никель и алюминий, в катализаторе составляют от 874,5 до 871,5 эВ (Ni 2p1/2), от 857 до 853 эВ (Ni 2p3/2) и от 73,5 до 70 эВ (Al 2p), и энергия активации катализатора составляет от 4×104 до 5×104 Дж/моль.

Изобретение относится к способу обогащения изотопа кислорода. Способ включает получение кислорода, содержащего первично обогащенный изотоп кислорода, с помощью дистилляции кислородного сырья при использовании первого дистилляционного устройства, получение воды с помощью гидрогенизации кислорода, содержащего первично обогащенный изотоп кислорода, получение оксида азота, отводимого при дистилляции сырья оксида азота, при использовании второго дистилляционного устройства, и получение оксида азота и воды с помощью осуществления реакции химического обмена между водой и отведенным оксидом азота, в результате чего получают оксид азота, имеющий повышенную концентрацию изотопа кислорода, и воду, имеющую пониженную концентрацию изотопа кислорода, причем оксид азота, имеющий повышенную концентрацию изотопа кислорода, подают во второе дистилляционное устройство, а кислород, полученный электролизом воды, имеющей пониженную концентрацию изотопа кислорода, возвращают в первое дистилляционное устройство.

Изобретение относится к батарее твердооксидных топливных элементов, состоящей из узла подачи воздуха, включающего фланец со штуцером с калиброванной шайбой, рассекатель потока воздуха, средний фланец с отверстиями для установки трубок с уплотнениями для подачи воздуха в топливные элементы; камеры теплообмена с теплообменником в виде цилиндра из пористого материала с аксиальными каналами и с установленными в них с зазором трубками для подачи воздуха в топливные элементы, экрана, из каталитического дожигателя остаточного топлива, содержащего пористый материал с нанесенным катализатором и выполненный в виде трубной решетки с закрепленными в ней открытыми концами топливных элементов и с проходящими сквозь нее трубками для подачи воздуха.

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может быть использовано в качестве электрохимического генератора на основе водородно-кислородных топливных элементов для резервного электропитания аварийных объектов, при этом в заявленном генераторе газообразный водород получают в проточном реакционном сосуде путем гидролиза водной суспензии алюминия.

Изобретение относится к электроду для топливного элемента, который содержит углеродные нанотрубки; катализатор для топливного элемента, нанесенный на углеродные нанотрубки; и иономер, обеспеченный так, чтобы покрывать углеродные нанотрубки и катализатор для топливного элемента, причем, если длина углеродных нанотрубок обозначена как La [мкм], а шаг между центрами углеродных нанотрубок обозначен как Ра [нм], то длина La и шаг Ра между центрами удовлетворяют двум выражениям, приведенным ниже: 30≤La≤240; и 0,351×La+75≤Ра≤250.

Изобретение относится к способу снижения проницаемости мембраны по отношению к ионам ванадия. Способ включает введение катионного поверхностно-активного вещества, по меньшей мере, в часть поверхности мембраны и внутреннюю часть мембраны инкубацией мембраны в водный или водно-солевой раствор, содержащий катионное поверхностно-активное вещество или смесь катионных поверхностно-активных веществ.

Изобретение относится к подводной лодке, содержащей устройство для производства электроэнергии. Технический результат - повышение компактности с одновременной оптимизацией КПД.

Настоящее изобретение относится к газогенератору для конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, который может быть использован в любом процессе, требующем обедненного кислородом газа и/или обогащенного водородом газа, предпочтительно, используют его для генерирования защитного газа или восстановительного газа для запуска, выключения или аварийного отключения твердооксидного топливного элемента (SOFC) или твердооксидного элемента электролиза (SOEC).

Изобретение относится к источникам энергии, в частности к воздушно-алюминиевым топливным батареям. Техническим результатом изобретения является повышение удельной мощности топливной батареи за счет уменьшения ее габаритных размеров. Указанный технический результат достигается тем, что электроды выполнены в виде упруго связанного между собой набора пластин, образуя плоскую пружину сжатия, которая, разжимаясь от пускового механизма, сжимает и нарушает герметичность эластичной емкости с электролитом, который, вытекая из емкости, заполняет межэлектродное пространство, при этом эластичная емкость с электролитом прокалывается установленными внутри нее штырями, в процессе активизации входящими в отверстия, выполненные в электродах, а штыри выполнены в виде перфорированных трубок. Способ активизации топливной батареи позволяет повысить удельную мощность топливной батареи в результате уменьшения ее габаритных размеров за счет того, что до активизации батареи эластичная емкость с электролитом занимает рабочий объем батареи, который освобожден от электродов путем их сжатия.

Изобретение относится к области создания автономных источников питания, автономного энергетического машиностроения на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ) для нужд станций катодной защиты при транспорте нефти и газа и предназначено для отведения отработанных технологических газов из горячего бокса энергоустановки и управления тепловой энергией, вырабатываемой энергоустановкой в процессе реализации химических реакций.

Изобретение относится к гибридному устройству, в состав которого входит топливный элемент и термоакустический холодильник, который производит термоакустическую энергию с использованием выхлопного газа, выходящего из энергоблока.

Изобретение относится к твердооксидным топливным элементам (ТОТЭ), а именно к керамическому материалу. Керамический материал для интерконнекторов топливных элементов представляет собой твердый раствор на основе оксида индия с легирующей добавкой при следующем соотношении компонентов, мол.

Изобретение относится к батарее твердооксидных топливных элементов, состоящей из узла подачи воздуха, включающего фланец со штуцером с калиброванной шайбой, рассекатель потока воздуха, средний фланец с отверстиями для установки трубок с уплотнениями для подачи воздуха в топливные элементы; камеры теплообмена с теплообменником в виде цилиндра из пористого материала с аксиальными каналами и с установленными в них с зазором трубками для подачи воздуха в топливные элементы, экрана, из каталитического дожигателя остаточного топлива, содержащего пористый материал с нанесенным катализатором и выполненный в виде трубной решетки с закрепленными в ней открытыми концами топливных элементов и с проходящими сквозь нее трубками для подачи воздуха.

Изобретение относится к батарее твердооксидных топливных элементов, состоящей из узла подачи воздуха, включающего фланец со штуцером с калиброванной шайбой, рассекатель потока воздуха, средний фланец с отверстиями для установки трубок с уплотнениями для подачи воздуха в топливные элементы; камеры теплообмена с теплообменником в виде цилиндра из пористого материала с аксиальными каналами и с установленными в них с зазором трубками для подачи воздуха в топливные элементы, экрана, из каталитического дожигателя остаточного топлива, содержащего пористый материал с нанесенным катализатором и выполненный в виде трубной решетки с закрепленными в ней открытыми концами топливных элементов и с проходящими сквозь нее трубками для подачи воздуха.

Изобретение относится к изготовлению твердооксидных топливных ячеек (ТОТЭ) на металлической основе, в которых обеспечено увеличение долговременной стабильности каталитических свойств анода и снижение рабочей температуры ниже 800°C.

Изобретение относится к области твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) планарной конструкции, а именно к сборке отдельных мембранно-электродных блоков и деталей токовых коллекторов (интерконнекторов) в батареи для увеличения снимаемой мощности.

Изобретение относится к автономным системам и установкам энергообеспечения, использующим различные виды топлива. Электрохимический преобразователь энергии содержит электроды, электрический соединитель и слой твердого электролита, выполненный из смеси оксидов металлов, включающих диоксид циркония и оксид металла, выбранного из группы, включающей оксид кальция, оксид магния, оксиды редкоземельных элементов или их смеси, а также электродные слои, проницаемые для газов, проводящие электрический ток и покрытые на части своей поверхности контактными слоями, при этом преобразователь выполнен в виде многорядной секции, ряды которой образованы трубчатыми сборками, набранными из электрохимических ячеек, выполненных в форме конусных шайб, содержащих слой твердого электролита, а также электродные слои, с центральными втулками, формирующими внутренний газовый коллектор, в котором одновременно размещены тоководы, причем часть конусных шайб разделена между собой сепараторами, проницаемыми для газа, а другая часть конусных шайб разделена наружным газовым коллектором.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к катодному материалу для твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) на основе сложных оксидов 3d-металлов.

Изобретение относится к композитному кислородному электроду, содержащему пористую структуру основы, включающую две отдельные, но перколированные фазы, причем первая фаза представляет собой электронопроводящую фазу, а вторая фаза представляет собой оксидную ионопроводящую фазу, и электрокаталитический слой на поверхности указанной структуры основы, причем указанный электрокаталитический слой содержит первые наночастицы, представляющие собой электрокаталитически активные наночастицы и вторые наночастицы, формируемые из ионопроводящего материала, при этом первые и вторые частицы произвольно распределены по всему злектрокаталитическому слою.

Изобретение относится к твердооксидному топливному элементу или твердооксидной топливной ячейке и способу их эксплуатации. Твердооксидный топливный элемент содержит a) несколько блоков (5) катод-анод-электролит (КАЭ), при этом каждый блок (5) КАЭ содержит первый электрод (51) для окисляющего средства, второй электрод (53) для горючего газа и твердый электролит (52) между первым электродом (51) и вторым электродом (52), и b) металлическое межблочное соединение (40) между блоками (5) КАЭ, при этом межблочное соединение (40) содержит: первый газораспределительный элемент (10), содержащий газораспределительную конструкцию (11) для горючего газа, при этом первый газораспределитвельный элемент (10) находится в контакте со вторым электродом (53) блока (5) КАЭ, и второй газораспределительный элемент (4), содержащий каналы (20а) для окисляющего средства и содержащий отдельные каналы (20b) для текучей среды для термообработки, при этом каналы (20а) для окисляющего средства находятся в контакте с первым электродом (51) соседнего блока (5) КАЭ, и первый газораспределительный элемент (10) и второй газораспределительный элемент (4) соединены электрически. Повышение эффективности и надежности работы топливного элемента за счет использования плотных межблочных соединений, обеспечивающих улучшенный внутренний теплообмен, является техническим результатом изобретения. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 32 ил.

Изобретение относится к устройствам для прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую с использованием твердооксидных топливных элементов и может быть использовано для автономного энергоснабжения различных бытовых и технологических устройств небольшой мощности. Предложен электрохимический генератор на твёрдоокисных топливных элементах, содержащий корпус, расположенную в нём камеру смешения топлива и окислителя, камеру окисления топлива с расположенным в ней по меньшей мере одним топливным элементом, камеру дожига продуктов окисления, камеру нагрева и распределения окислителя, при этом выход камеры смешения топлива и окислителя соединен с камерой окисления топлива, а выход камеры окисления топлива соединён с входом в камеру дожига продуктов окисления. Отличительной особенностью предложенного электрохимического генератора является то, что камера окисления топлива включает две зоны: зону парциального окисления топлива и зону электрохимического окисления топлива, для чего камера окисления топлива отделена от камеры смешения топлива и окислителя проницаемой для смеси топлива и окислителя стенкой, выполненной из жаростойкого материала. Повышение эффективности использования топлива, увеличение надежности устройства, упрощение конструкции, а также ускорение выхода ТОТЭ на рабочий режим является техническим результатом изобретения. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх