串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆及其發(fā)電方法，屬于燃料電池技術領域。該電池堆將多組電池單元串聯(lián)連接在一起，然后由呼吸裝置提供第一組電池單元的陽極進氣、陰極進氣和最后一組電池單元陽極出氣的正負壓力，加速電池內(nèi)電解液的交換速度，每組電池單元包括陽極板倉和陰極板倉，陽極板倉和陰極板倉之間通過連接的方式進行電解液流通且陽極板倉和陰極板倉之間絕緣，設置陽極板倉和陰極板倉之間絕緣且通過電解液倉或帶有連通口的絕緣板連接，減少或省去了大容積的電解液倉，降低成本，安全系數(shù)更高，陽極板倉或/和陰極板倉采用螺旋式管道設計，延長燃料通道，同時燃料濃度和電極表面積相匹配，提高電極效率和燃料效率，成本較低。

1.串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆，包括呼吸裝置(1)、電池單元(6)，其特征
在于：一組串聯(lián)電池組連接于呼吸裝置之上或至少兩組串聯(lián)電池組并聯(lián)連接于呼吸裝置之
上，所述呼吸裝置的高壓端連接呼氣主管道(2)，呼吸裝置的低壓端連接吸氣主管道(3)，所
述呼氣主管道連接至少一根呼氣支管道(5)，所述吸氣主管道連接至少一根吸氣支管道
(4)；
所述每組串聯(lián)電池組包括至少兩組電池單元串聯(lián)后連接于呼吸裝置之上，其中，第一
組電池單元的陽極進氣管(10)和陰極進氣管(13)上端均連接于呼氣支管道(5)之上，第一
組電池單元的陽極排氣管(111)上端連接有氣體連接管(51)；第二組電池單元至最后一組
電池單元的陽極進氣管(10)和陰極進氣管(13)上端均連接于前一組電池單元的氣體連接
管(51)之上；最后一組電池單元的陽極排氣管上端連接于吸氣支管道(4)之上；
所述每組電池單元包括陽極板倉(7)和陰極板倉(8)，所述陽極板倉和陰極板倉包括大
板倉室和小板倉室，所述陽極板倉的小板倉室底端設置有陽極電解液連通口(16)，所述陰
極板倉小板倉室底端設置有陰極電解液連通口(17)；
所述陽極板倉(7)和陰極板倉(8)之間通過連接的方式進行電解液流通且陽極板倉(7)
和陰極板倉(8)之間絕緣；
所述陽極進氣管(10)連接有燃料輸送裝置(19)，陽極進氣管下端伸入到陽極板倉內(nèi)且
開口浸入到電解液中，陽極排氣管(111)下端伸入到陽極板倉內(nèi)且開口未浸入電解液中，陽
極接線板(11)與陽極板倉連接共同構成陽極集流板；
所述陰極進氣管(13)上部連接氣體輸送裝置(20)，陰極進氣管下端伸入到陰極板倉內(nèi)
且開口浸入到電解液中，陰極排氣管(121)下端伸入到陰極板倉內(nèi)且開口未浸入電解液中，
陰極接線板(12)與陰極板倉連接共同構成陰極集流板；
所述陽極板倉內(nèi)設有碳燃料，所述陰極板倉內(nèi)設有氧氣；
所述陽極板倉與陽極進氣管、陽極排氣管連接處密封，所述陰極板倉與陰極進氣管、陰
極排氣管連接處密封。
2.根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆，其特征在于：所述
呼吸裝置為渦輪增壓機或者活塞氣缸或羅茨增壓機，呼吸裝置的呼吸頻率為2-2000Hz。
3.根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆，其特征在于：所述
陽極板倉和/或陰極板倉的小板倉室設置為螺旋式管道(15)。
4.根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆，其特征在于：所述
陽極板倉和/或陰極板倉的大板倉室和/或小板倉室內(nèi)設置有電極填料(18)。
5.根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆，其特征在于：所述
陽極板倉(7)和陰極板倉(8)之間的連接方式為通過電解液倉連接，所述陽極板倉和陰極板
倉分別通過陽極電解液連通口(16)和陰極電解液連通口(17)與電解液倉連接，所述電解液
倉分別與陽極電解液連通口(16)和陰極電解液連通口(17)通過連接管道連接，所述電解液
倉和/或連接管道與陽極電解液連通口(16)和陰極電解液連通口(17)絕緣，所述陽極板倉、
陰極板倉和電解液倉內(nèi)均注入電解液(14)；或所述陽極板倉(7)和陰極板倉(8)之間的連接
方式為通過帶有連通口的絕緣板連接，陽極板倉和陰極板倉分別通過陽極電解液連通口
(16)和陰極電解液連通口(17)與帶有連通口的絕緣板連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆，其特征在于：所述
呼氣支管道(5)或氣體連接管(51)與燃料輸送裝置之間的陽極進氣管上設置陽極控制閥
(21)；所述與陰極進氣管連接的呼氣支管道或氣體連接管(51)上設置陰極控制閥(22)。
7.根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆，其特征在于：所述
串聯(lián)電池組為1-600組，每組串聯(lián)電池組內(nèi)電池單元為2-400組。
8.根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆的發(fā)電方法：其特
征在于：在每組電池單元內(nèi)保持陽極板倉、陰極板倉和電解液倉或陽極板倉、陰極板倉中熔
融KOH和/或NaOH溫度為400-650℃的條件下，向陽極板倉中送入碳燃料，同時向陰極板倉中
送入含有氧氣和/或空氣和H₂O的混合氣體，在陽極板倉和陰極板倉中發(fā)生燃料電池反應；
開啟呼吸裝置，前一組電池單元中陽極板倉中產(chǎn)生的和剩余的氣體通過排氣管道進入下一
組電池單元的陽極板倉和陰極板倉中并發(fā)生燃料電池反應，最后一組電池單元的陽極板倉
中產(chǎn)生的和剩余的氣體回到呼吸裝置，呼吸裝置增壓后將該氣體送入第一組電池單元的陽
極板倉和陰極板倉，氣體循環(huán)呼吸利用，與外電路形成持續(xù)的電流環(huán)路。
9.根據(jù)權利要求8所述的串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆的發(fā)電方法：其特
征在于：包括以下具體步驟：
(1)預處理
向每組電池單元的陽極板倉、陰極板倉和電解液倉或陽極板倉、陰極板倉內(nèi)加入電解
液KOH和/或NaOH原料，加熱電解液原料形成熔融的KOH和/或NaOH，并維持該電解液溫度為
400-650℃，使該電解液浸入陰極進氣管和陽極進氣管，且未浸入陽極排氣管和陰極排氣
管；
(2)電池單元內(nèi)啟動反應
在每組電池單元中，通過氣體輸送裝置向陰極板倉送入含有氧氣或/和空氣和H₂O的混
合氣體，利用載氣通過燃料輸送裝置向陽極進氣管送入碳燃料，所述載氣為CO₂、N₂、H₂O、Ar、
He的一種或幾種氣體，在陰極板倉內(nèi)，氧氣和水反應生成OH^-，獲得電子，OH^-擴散到電解液
中，進入陽極板倉，OH^-與碳燃料反應生成CO₂和H₂O，副反應生成CO，失去電子，電子通過陽極
集流板到外電路，再經(jīng)陰極集流板完成電流環(huán)路；
(3)氣體呼吸循環(huán)
繼續(xù)向陰極板倉中送入氧氣或/和空氣，繼續(xù)向陽極進氣管中送入碳燃料，同時向陰極
進氣管和/或陽極進氣管中送入H₂O，開啟呼吸裝置、陽極控制閥和陰極控制閥，設置呼吸裝
置呼氣時，第一組電池單元的陽極控制閥和陰極控制閥打開，第一組電池單元內(nèi)發(fā)生燃料
電池反應，停止送入載氣，陽極板倉中反應后的氣體CO₂、CO、H₂O和剩余的氣體通過氣體連接
管進入第二組電池單元，打開第二組電池單元的陽極控制閥和陰極控制閥，第二組電池單
元內(nèi)發(fā)生燃料電池反應，從第二組電池單元至倒數(shù)第二組電池單元內(nèi)，待前一組電池單元
內(nèi)發(fā)生燃料電池反應，反應后陽極板倉中反應后的氣體CO₂、CO、H₂O和剩余的氣體通過氣體
連接管進入后一組電池單元，打開后一組電池單元的陽極控制閥和陰極控制閥，后一組電
池單元內(nèi)發(fā)生燃料電池反應，最后一組電池單元內(nèi)發(fā)生燃料電池反應，反應后陽極板倉中
反應后的氣體CO₂、CO、H₂O和剩余的氣體通過吸氣支管道及吸氣主管道進入呼吸裝置，此時
設置呼吸裝置吸氣，通過呼吸裝置的增壓后，該氣體通過呼氣主管道和呼氣支管道進入各
串聯(lián)電池組參與燃料電池反應，氣體循環(huán)呼吸；
此過程中，上一組電池單元的陽極板倉中反應后的氣體CO₂、CO、H₂O和剩余的氣體通過
氣體連接管進入后一組電池單元的陽極進氣管和陰極進氣管，送入陽極進氣管的氣體作為
載氣輸送碳燃料和H₂O進入陽極板倉，送入陰極進氣管的氣體中，H₂O在陰極板倉參與反應，
CO與氧氣反應生成CO₂，CO₂及其他剩余的氣體經(jīng)陰極出氣管排出；
各電池單元中陽極板倉和陰極板倉中的反應持續(xù)進行，與外電路形成持續(xù)的電流環(huán)
路。
10.根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆的發(fā)電方法：其特
征在于：在每組電池單元內(nèi)保持陽極板倉、陰極板倉和電解液倉或陽極板倉、陰極板倉中熔
融K₂CO₃和/或Na₂CO₃和/或Li₂CO₃溫度為750-1000℃的條件下，向陽極板倉中送入碳燃料，同
時向陰極板倉中送入含有氧氣和/或空氣和二氧化碳的混合氣體，在陽極板倉和陰極板倉
中發(fā)生燃料電池反應；開啟呼吸裝置，前一組電池單元中陽極板倉中產(chǎn)生的和剩余的氣體
通過排氣管道進入下一組電池單元的陽極板倉和陰極板倉中并發(fā)生燃料電池反應，最后一
組電池單元的陽極板倉中產(chǎn)生的和剩余的氣體回到呼吸裝置，呼吸裝置增壓后將該氣體送
入第一組電池單元的陽極板倉和陰極板倉，氣體循環(huán)呼吸利用，與外電路形成持續(xù)的電流
環(huán)路。
11.根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆的發(fā)電方法：其特
征在于：包括以下具體步驟：
(1)預處理
向每組電池單元的陽極板倉、陰極板倉和電解液倉或陽極板倉、陰極板倉內(nèi)加入電解
液K₂CO₃和/或Na₂CO₃和/或Li₂CO₃原料，加熱電解液原料形成熔融的K₂CO₃和/或Na₂CO₃和/或
Li₂CO₃，并維持該電解液溫度為750-1000℃，使該電解液浸入陰極進氣管和陽極進氣管，且
未浸入陽極排氣管和陰極排氣管；
(2)電池單元內(nèi)啟動反應
在每組電池單元中，通過氣體輸送裝置向陰極板倉送入含氧氣和/或空氣和二氧化碳
的混合氣體，利用載氣通過燃料輸送裝置向陽極進氣管送入碳燃料，所述載氣為CO₂、N₂、Ar、
He的一種或幾種氣體，在陰極板倉內(nèi)，氧氣和二氧化碳反應生成CO₃^2-，獲得電子，CO₃^2-擴散
到電解液中，進入陽極板倉，CO₃^2-與碳燃料反應生成CO₂，副反應生成CO，失去電子，電子通
過陽極集流板到外電路，再經(jīng)陰極集流板完成電流環(huán)路；
(3)氣體呼吸循環(huán)
停止向陰極板倉中送入二氧化碳，繼續(xù)向陰極板倉中送入氧氣或空氣，繼續(xù)向陽極進
氣管中送入碳燃料，開啟呼吸裝置、陽極控制閥和陰極控制閥，設置呼吸裝置呼氣時，第一
組電池單元的陽極控制閥和陰極控制閥打開，第一組電池單元內(nèi)發(fā)生燃料電池反應，停止
送入載氣，陽極板倉中反應后的氣體CO₂、CO和剩余的氣體通過氣體連接管進入第二組電池
單元，打開第二組電池單元的陽極控制閥和陰極控制閥，第二組電池單元內(nèi)發(fā)生燃料電池
反應，從第二組電池單元至倒數(shù)第二組電池單元內(nèi)，待前一組電池單元內(nèi)發(fā)生燃料電池反
應，反應后陽極板倉中反應后的氣體CO₂、CO和剩余的氣體通過氣體連接管進入后一組電池
單元，打開后一組電池單元的陽極控制閥和陰極控制閥，后一組電池單元內(nèi)發(fā)生燃料電池
反應，最后一組電池單元內(nèi)發(fā)生燃料電池反應，反應后陽極板倉中反應后的氣體CO₂、CO和
剩余的氣體通過吸氣支管道及吸氣主管道進入呼吸裝置，此時設置呼吸裝置吸氣，通過呼
吸裝置的增壓后，該氣體通過呼氣主管道和呼氣支管道進入各串聯(lián)電池組參與燃料電池反
應，氣體循環(huán)呼吸；
此過程中，上一組電池單元的陽極板倉中反應后的氣體CO₂、CO和剩余的氣體通過氣體
連接管進入后一組電池單元的陽極進氣管和陰極進氣管，送入陽極進氣管的氣體作為載氣
輸送碳燃料進入陽極板倉，送入陰極進氣管的氣體中，CO₂氣體參與陰極板倉內(nèi)的反應，CO
與氧氣反應生成CO₂，多余的CO₂及其他剩余的氣體經(jīng)陰極出氣管排出；
各電池單元中陽極板倉和陰極板倉中的反應持續(xù)進行，與外電路形成持續(xù)的電流環(huán)
路。
12.根據(jù)權利要求8、9、10或11任一所述的串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆的
發(fā)電方法，其特征在于：所述碳燃料是石墨、焦炭、炭黑、煤、活性炭、生物質(zhì)炭或石油焦的一
種或幾種，其顆粒的粒徑為10-200目。
13.根據(jù)權利要求8或9任一所述的串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆的發(fā)電方
法，其特征在于：所述加入到陰極板倉中的氧氣和/或空氣和H₂O的氣體中氧氣和H₂O的摩爾
比為0.1～10:1。
14.根據(jù)權利要求10或11任一所述的串聯(lián)呼吸型板倉連接式固體碳燃料電池堆的發(fā)電
方法，其特征在于：所述向陰極板倉送入含氧氣和/或空氣和二氧化碳的混合氣體中氧氣和
二氧化碳的摩爾比為0.1～10:1。