一种固体氧化物电解池变径流道

本发明涉及固体氧化物电解池，更具体地涉及一种固体氧化物电解池变径流道。

背景技术：

1、固体氧化物电解池(soec)堆由多层重复的soec单元构成。如图1所示，典型的soec单元包括位于中间的电池片，其由电解质40和位于电解质40的相对两侧的阳极30和阴极50，一侧的连接体10通过阳极功能层20与阳极30连接，另一侧的连接体10通过阴极功能层60与阴极50连接。

2、原料气体通过进气口导入连接体气体流道再分布到流道下的电池片进行电解反应。气体流道是反应气从外部传输并分散到电解反应活性位的主要通道，而气体传输过程中的反应气利用率是影响整个电解效率的要素之一。

3、如图2所示，传统的soec气体分布通常采用平直的分支流道3，在正面的反应侧，气体通过进气口1分布进入彼此平行的平直的分支流道3后扩散至电池表面，经过电解反应后的离子穿过电解质层到达对侧流道。如果电池片两侧连接体流道内气体采用逆流流向，吹扫气体通过进气口4分布经过背面的产物侧的平直的分支流道3汇集到出口5流出；如果电池片两侧连接体流道内气体采用并流流向，吹扫气体通过进气口5分布经过背面的产物侧的平直的分支流道3汇集到出口4流出，而未反应的气体通过反应侧的平直的分支流道3汇集到出口2流出。如图3所示，分支流道3在平直肋31的两侧形成，肋31的宽度用rw表示，两侧的分支流道3的长度用l表示，宽度用cw表示，高度用ch表示。

4、平直流道具有制造工艺简单，生产成本低等特点。由于平直流道的固有特点，其气体反应利用率低，电解效率往往不高，更有可能导致电解池片电解热分布不均匀从而产生应力集中等问题。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中的气体反应利用率低等问题，本发明提供一种固体氧化物电解池变径流道。

2、根据本发明的固体氧化物电解池变径流道，其包括气体入口，多条并行的分支流道以及气体出口，气体入口连通每条分支流道的进口，每条分支流道的出口汇集于气体出口，沿着气体的流动方向，每条分支流道按周期n设置形状相同的变径结构，每个变径结构包括直流段和喉段，喉段位于相邻变径结构的直流段之间；直流段具有直流段宽cw，喉段具有喉宽tw，喉宽tw和直流段宽cw的比值为喉径比，0.1≤喉径比<1.0；沿着垂直于气体的流动方向，相邻的分支流道位错排列。

3、优选地，分支流道具有流道长l，直流段具有直流段长s，喉段具有喉长t，周期n为l/(s+t)取整数。

4、优选地，喉段的宽度通过斜面由直流段宽cw逐渐减小至喉宽tw。

5、优选地，喉段具有直段，直段具有均匀的喉宽tw。

6、优选地，直段的延伸长度介于喉长t的1/5-4/5之间。

7、优选地，直段的延伸长度等于直流段长s。

8、优选地，直段的延伸长度等于位错长dl。

9、优选地，相邻的分支流道在变径肋的两侧形成，变径肋提供斜面，斜面与气体流动方向的夹角为θ，0°<θ<90°。

10、优选地，每条分支流道的喉径比相同或不同。

11、优选地，相邻的分支流道的喉径比相同或不同。

12、根据本发明的固体氧化物电解池变径流道，通过流形控制以增强气体分布效果，提高电解效率，避免由于气体分布不均带来的性能下降和寿命减少等问题。

技术特征：

1.一种固体氧化物电解池变径流道，其包括气体入口，多条并行的分支流道以及气体出口，气体入口连通每条分支流道的进口，每条分支流道的出口汇集于气体出口，其特征在于，沿着气体的流动方向，每条分支流道按周期n设置形状相同的变径结构，每个变径结构包括直流段和喉段，喉段位于相邻变径结构的直流段之间；直流段具有直流段宽cw，喉段具有喉宽tw，喉宽tw和直流段宽cw的比值为喉径比，0.1≤喉径比<1.0；沿着垂直于气体的流动方向，相邻的分支流道位错排列。

2.根据权利要求1所述的固体氧化物电解池变径流道，其特征在于，分支流道具有流道长l，直流段具有直流段长s，喉段具有喉长t，周期n为l/(s+t)取整数。

3.根据权利要求2述的固体氧化物电解池变径流道，其特征在于，喉段的宽度通过斜面由直流段宽cw逐渐减小至喉宽tw。

4.根据权利要求3所述的固体氧化物电解池变径流道，其特征在于，喉段具有直段，直段具有均匀的喉宽tw。

5.根据权利要求4所述的固体氧化物电解池变径流道，其特征在于，直段的延伸长度介于喉长t的1/5-4/5之间。

6.根据权利要求4所述的固体氧化物电解池变径流道，其特征在于，直段的延伸长度等于直流段长s。

7.根据权利要求4所述的固体氧化物电解池变径流道，其特征在于，直段的延伸长度等于位错长dl。

8.根据权利要求4所述的固体氧化物电解池变径流道，其特征在于，相邻的分支流道在变径肋的两侧形成，变径肋提供斜面，斜面与气体流动方向的夹角为θ，0°<θ<90°。

9.根据权利要求1所述的固体氧化物电解池变径流道，其特征在于，每条分支流道的喉径比相同或不同。

10.根据权利要求1所述的固体氧化物电解池变径流道，其特征在于，相邻的分支流道的喉径比相同或不同。

技术总结本发明涉及一种固体氧化物电解池变径流道，其包括气体入口，多条并行的分支流道以及气体出口，气体入口连通每条分支流道的进口，每条分支流道的出口汇集于气体出口，沿着气体的流动方向，每条分支流道按周期n设置形状相同的变径结构，每个变径结构包括直流段和喉段，喉段位于相邻变径结构的直流段之间；直流段具有直流段宽CW，喉段具有喉宽TW，喉宽TW和直流段宽CW的比值为喉径比，0.1≤喉径比<1.0；沿着垂直于气体的流动方向，相邻的分支流道位错排列。根据本发明的固体氧化物电解池变径流道，通过流形控制以增强气体分布效果，提高电解效率，避免由于气体分布不均带来的性能下降和寿命减少等问题。技术研发人员：王建强,张臻,关成志,陆越,程付鹏,金盾,余俞天,林囿辰,李瑞珠,肖国萍,谢雷东受保护的技术使用者：中国科学院上海应用物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/4/29