[發(fā)明專利]一種提高熔融碳酸鹽燃料電池炭陽極性能的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710072466.2
• 申請日: 2007-07-06
• 公開（公告）號: CN101090156A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹殿學;王貴領(lǐng);呂艷卓
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/14
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務(wù)所有限責任公司
• 代理人: 劉婭

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用導(dǎo)電粉末提高熔融碳酸鹽燃料電池炭粉陽極性能的方法。

(二)背景技術(shù)

燃料電池是一種直接將化學能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾娀瘜W器件，是一種綠色能量轉(zhuǎn)換裝置，可同時解決節(jié)能和環(huán)保兩大世界難題。以固體炭直接為燃料的熔融碳酸鹽燃料電池具有效率高、污染小、噪音低和電池構(gòu)造材料價廉等諸多優(yōu)點，是一種綠色電站。其反應(yīng)原理示意如下：

陽極：C+2CO₃^2-→3CO₂+4e^-

陰極：O₂+2CO₂+4e^-→2CO₃^2-

總反應(yīng)：C+O₂→2CO₂

目前，作為熔融碳酸鹽燃料電池燃料的固體炭陽極主要有兩種形式：炭粉和炭棒。以炭棒為陽極的缺點是炭與熔融碳酸鹽的接觸面積小，反應(yīng)速率慢，無法實現(xiàn)連續(xù)進料；以炭粉為陽極，可以增大碳與熔融碳酸鹽的接觸面積大，但是目前的炭粉陽極采用金屬板來收集電流，其缺點是電流的收集僅局限在金屬板表面，無法收集到遠離金屬板區(qū)域產(chǎn)生的電流，不能有效地提高炭的反應(yīng)速率。可參閱A.A.Kulikovsky，Voltage?loss?in?bipolar?plates?in?a?fuel?cellstack.Journal?of?Power?Sources?160(2006)431-435，以及Andrew?L.Dicks，Molten?carbonate?fuelcells.Current?Opinion?in?Solid?State?and?Materials?Science?8(2004)379-383。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種能顯著提高以炭粉為燃料的熔融碳酸鹽燃料電池性能的用導(dǎo)電粉末提高熔融碳酸鹽燃料電池炭陽極性能的方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：在“炭粉-金屬集流板”構(gòu)成的熔融碳酸鹽燃料電池陽極的基礎(chǔ)上，在炭粉中混合導(dǎo)電粉，炭粉與導(dǎo)電粉的體積比為3：1，炭粉與導(dǎo)電粉的顆粒為100～200目。

本發(fā)明還有這樣一些技術(shù)特征：

1、所述的導(dǎo)電粉為金屬粉末、金屬粉表面負載的半導(dǎo)體材料、表面覆蓋導(dǎo)電組分的半導(dǎo)體以及它們的混合物；

2、所述的炭粉是化學組分為碳元素的物質(zhì)，包括來源于煤、石油、天然氣、生物質(zhì)、石墨、塑料和有機垃圾的固體炭。

本發(fā)明以炭粉與導(dǎo)電粉做為陽極，構(gòu)成熔融碳酸鹽燃料電池，電池的工作溫度為800℃.在炭粉中混入了導(dǎo)電粉末，從而增大了炭陽極反應(yīng)面積和電子傳導(dǎo)性能，提高了炭粉陽極的放電性能，其中，導(dǎo)電粉可以是所有種類的金屬粉末，包括鐵、鈷和鎳等金屬粉末；二氧化錳和氧化鎳等半導(dǎo)體，生物質(zhì)包括秸稈、果殼、谷物皮殼、草等。同時，本發(fā)明以炭粉為燃料時無需對炭進行重整氣化，由于本發(fā)明在電池的工作溫度為800℃，炭粉等此時已為熔融狀態(tài)，因此無需對其進行重整氣化；

本發(fā)明克服了現(xiàn)有炭陽極反應(yīng)面積小和收集電流困難等缺點，解決了熔融碳酸鹽燃料電池炭粉陽極放電電流小的問題，優(yōu)點在于采用三元“炭粉-導(dǎo)電粉-金屬板”構(gòu)成熔融碳酸鹽燃料電池的陽極，導(dǎo)電粉末的加入一方面能增大了炭與集流體的接觸面積，從而增大了單位體積有效的電極反應(yīng)面積；另一方面能降低電極內(nèi)阻，對遠離金屬板的區(qū)域的電流起到很好的作用；因而能顯著提高以炭粉為燃料的熔融碳酸鹽燃料電池的性能。

(四)具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明工藝的效果作進一步的說明：

實施例1：

采用“炭粉-鎳粉-泡沫鎳”為熔融碳酸鹽燃料電池的陽極，其中炭粉來源于活性炭，炭粉和鎳粉的體積比為3：1，均為140～160目；62％?Li₂CO₃+38％?K₂CO₃(摩爾比)為電解質(zhì)，NiO為陰極(通過泡沫Ni原位氧化和鋰化獲得)，γ-LiAlO₂膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備以固體炭為燃料的熔融碳酸鹽燃料電池，在800℃，0.75V電壓下，電流密度達100mA/cm²，對應(yīng)功率密度達75mW/cm²。

實施例2：