本發(fā)明涉及電解制氫領(lǐng)域，具體涉及一種高溫固體氧化物電解池。

背景技術(shù)：

高溫固體氧化物電解池電解水蒸汽制氫的效率可以高達(dá)45～59％，是目前已知的效率最高的制氫途徑。高溫水蒸汽電解制氫技術(shù)被認(rèn)為是未來(lái)氫能經(jīng)濟(jì)時(shí)代大規(guī)模制氫方法之一，已成為當(dāng)前國(guó)際能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題，固體氧化物電解池包括平板式和管式兩種，平板式構(gòu)型由于具備功率密度高、制作成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前國(guó)際上研究的主流。

但是，平板式SOEC需要在電解池組件的邊緣進(jìn)行氣密密封。通常的做法是利用玻璃材料使其高溫軟化將SOEC密封。然而，固體氧化物電解池的工作溫度較高，高溫時(shí)玻璃材料中游離出的硅原子易附著在陰極上，并使陰極催化性能鈍化，從而降低電解池的工作性能。此外，玻璃材料還與電極材料間存在熱膨脹系數(shù)較難匹配的問(wèn)題，限制了電解池的熱循環(huán)，導(dǎo)致整個(gè)固體氧化物電解池的氣密性和可靠性不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)一種高溫固體氧化物電解池，該電解池安裝方便、氣密性高，能夠有效提高高溫固體氧化物電解池的可靠性和耐用性。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

高溫固體氧化物電解池，包括氫電極、氧電極、電解質(zhì)和氫電極氣室，所述電解質(zhì)為圓柱形，在電解質(zhì)頂面和底面中央各設(shè)有一個(gè)圓形凹槽，所述氧電極設(shè)于頂面的圓形凹槽內(nèi)，氫電極設(shè)于底面的圓形凹槽內(nèi)，所述電解質(zhì)置于氫電極氣室的頂面，在電解質(zhì)頂面和外周套設(shè)有與電解質(zhì)匹配的陶瓷密封環(huán)，陶瓷密封環(huán)在與電解質(zhì)側(cè)面相接處設(shè)有一個(gè)填料環(huán)，所述填料環(huán)內(nèi)注塑有玻璃環(huán)，在陶瓷密封環(huán)頂面設(shè)有數(shù)個(gè)與填料環(huán)連通的注塑孔，所述陶瓷密封環(huán)底部與氫電極氣室外壁接觸。

本發(fā)明采用在電解質(zhì)上設(shè)置圓形凹槽并內(nèi)設(shè)氫電極和氧電極，并且將玻璃環(huán)設(shè)置在圓柱形的電解質(zhì)側(cè)壁外側(cè)，通過(guò)電解質(zhì)側(cè)壁將玻璃環(huán)與氫電極隔離，避免在固體氧化物電解池工作過(guò)程中，從玻璃環(huán)中游離出的硅原子附著于氫電極，使氫電極鈍化，提高固體氧化物電解池的耐用性，本發(fā)明中，填料環(huán)由陶瓷密封環(huán)內(nèi)腔、電解質(zhì)外側(cè)壁和氫電極氣室側(cè)壁頂面和側(cè)面共同構(gòu)成，通過(guò)陶瓷密封環(huán)頂面的注塑孔將液態(tài)玻璃注入填料環(huán)形成玻璃環(huán)，形成的玻璃環(huán)能夠充分填補(bǔ)電解質(zhì)、陶瓷密封環(huán)和氫電極氣室相互間的間隙，具有優(yōu)異的隔離絕緣效果，大大提高了本發(fā)明的氣密性和可靠性。

以往的高溫固體氧化物電解池的氣密密封多采用多個(gè)部件相互連接，共同將SOEC進(jìn)行密封，其密封過(guò)程操作繁瑣，且容易因?yàn)椴僮鞑划?dāng)導(dǎo)致密封的氣密性降低，影響高溫固體氧化物電解池的氣密性和可靠性。

本發(fā)明中，固體氧化物電解池的密封主要通過(guò)陶瓷密封環(huán)和注塑的玻璃環(huán)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝十分方便快捷，有效避免由于安裝操作不當(dāng)引起的密封氣密性差的問(wèn)題，并且具備優(yōu)異的密封效果，適宜在本領(lǐng)域大力推廣。

所述圓形凹槽直徑大于氫電極氣室側(cè)壁的內(nèi)徑，且電解質(zhì)外側(cè)面直徑小于氫電極氣室側(cè)壁外徑，所述氫電極下端外緣設(shè)于氫電極氣室頂面。

本發(fā)明中，圓形凹槽和電解質(zhì)外徑的設(shè)置有利于固定安裝氫電極，同時(shí)有利于增大玻璃環(huán)與氫電極氣室側(cè)壁的接觸面，增加密封效果、增強(qiáng)陶瓷密封環(huán)與氫電極氣室連接的強(qiáng)度，進(jìn)一步提升固體氧化物電解池的可靠性和安全性。

所述氫電極氣室側(cè)壁的外徑大于填料環(huán)內(nèi)徑且小于填料環(huán)外徑，所述填料環(huán)底面內(nèi)側(cè)設(shè)有環(huán)形卡槽，所述環(huán)形卡槽與氫電極氣室側(cè)壁頂部外緣匹配。

同樣的，環(huán)形卡槽的設(shè)置用于增加密封效果、增強(qiáng)陶瓷密封環(huán)與氫電極氣室連接的強(qiáng)度。

所述氫電極氣室的側(cè)壁材質(zhì)為氧化鋯陶瓷，所述玻璃環(huán)材質(zhì)為軟化點(diǎn)在850-1000℃的玻璃。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明高溫固體氧化物電解池，采用在電解質(zhì)上設(shè)置圓形凹槽并內(nèi)設(shè)氫電極和氧電極，并且將玻璃環(huán)設(shè)置在圓柱形的電解質(zhì)側(cè)壁外側(cè)，通過(guò)電解質(zhì)側(cè)壁將玻璃環(huán)與氫電極隔離，避免在固體氧化物電解池工作過(guò)程中，從玻璃環(huán)中游離出的硅原子附著于氫電極，使氫電極鈍化，提高固體氧化物電解池的耐用性，本發(fā)明中，填料環(huán)由陶瓷密封環(huán)內(nèi)腔、電解質(zhì)外側(cè)壁和氫電極氣室側(cè)壁頂面和側(cè)面共同構(gòu)成，通過(guò)陶瓷密封環(huán)頂面的注塑孔將液態(tài)玻璃注入填料環(huán)形成玻璃環(huán)，形成的玻璃環(huán)能夠充分填補(bǔ)電解質(zhì)、陶瓷密封環(huán)和氫電極氣室相互間的間隙，具有優(yōu)異的隔離絕緣效果，大大提高了本發(fā)明的氣密性和可靠性；

2、本發(fā)明高溫固體氧化物電解池，固體氧化物電解池的密封主要通過(guò)陶瓷密封環(huán)和注塑的玻璃環(huán)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝十分方便快捷，有效避免由于安裝操作不當(dāng)引起的密封氣密性差的問(wèn)題，并且具備優(yōu)異的密封效果，適宜在本領(lǐng)域大力推廣。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明陶瓷密封環(huán)示意圖；

圖3為本發(fā)明玻璃環(huán)示意圖；

附圖中標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的零部件名稱：

1-氫電極，2-氧電極，3-電解質(zhì)，31-圓形凹槽，4-氫電極氣室，5-陶瓷密封環(huán)，51-填料環(huán)，52-注塑孔，53-環(huán)形卡槽，6-玻璃環(huán)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例

如圖1-3所示，本發(fā)明高溫固體氧化物電解池，包括氫電極1、氧電極2、電解質(zhì)3和氫電極氣室4，所述電解質(zhì)3為圓柱形，在電解質(zhì)3頂面和底面中央各設(shè)有一個(gè)圓形凹槽31，所述氧電極2設(shè)于頂面的圓形凹槽31內(nèi)，氫電極1設(shè)于底面的圓形凹槽31內(nèi)，所述電解質(zhì)3置于氫電極氣室4的頂面，在電解質(zhì)3頂面和外周套設(shè)有與電解質(zhì)3匹配的陶瓷密封環(huán)5，陶瓷密封環(huán)5在與電解質(zhì)3側(cè)面相接處設(shè)有一個(gè)填料環(huán)51，所述填料環(huán)51內(nèi)注塑有玻璃環(huán)6，在陶瓷密封環(huán)5頂面設(shè)有數(shù)個(gè)與填料環(huán)51連通的注塑孔52，所述陶瓷密封環(huán)5底部與氫電極氣室4外壁接觸。

所述圓形凹槽31直徑大于氫電極氣室4側(cè)壁的內(nèi)徑，且電解質(zhì)3外側(cè)面直徑小于氫電極氣室4側(cè)壁外徑，所述氫電極1下端外緣設(shè)于氫電極氣室4頂面。

所述氫電極氣室4側(cè)壁的外徑大于填料環(huán)51內(nèi)徑且小于填料環(huán)51外徑，所述填料環(huán)51底面內(nèi)側(cè)設(shè)有環(huán)形卡槽53，所述環(huán)形卡槽53與氫電極氣室4側(cè)壁頂部外緣匹配。

所述氫電極氣室4的側(cè)壁材質(zhì)為氧化鋯陶瓷，所述玻璃環(huán)6材質(zhì)為軟化點(diǎn)在850-1000℃的玻璃。

使用前安裝時(shí)，將氫電極1和氧電極2安裝在電解質(zhì)3兩側(cè)的圓形凹槽31內(nèi)，再將電解質(zhì)3安置于氫電極氣室4側(cè)壁的頂面上，將陶瓷密封環(huán)5套設(shè)在電解質(zhì)3頂部和側(cè)面上，陶瓷密封環(huán)5底部與氫電極氣室4外壁緊密接觸，待電解質(zhì)3、陶瓷密封環(huán)5和氫電極氣室4相互間對(duì)準(zhǔn)后，將熔化的液態(tài)玻璃從注塑孔52注入，待冷卻后即可使用。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。