[發明專利]一種大面積熔融碳酸鹽補鹽燃料電池

無效

• 申請號: 200910020821.0
• 申請日: 2009-01-07
• 公開（公告）號: CN101459252A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 程健;許世森;徐越
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/14
• 分類號: H01M8/14;H01M8/04;H01M8/02;H01M4/86
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 張震國

技術領域

本發明屬于能源技術領域的燃料電池關鍵技術，具體涉及一種大面積熔融碳酸鹽補鹽燃料電池。

背景技術

燃料電池是一種將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉換成電能的裝置，其最大特點是反應過程不涉及到燃燒，因此能量轉換效率不受“卡諾循環”的限制，效率高達50％～60％，電池反應產物僅為水，沒有污染物的排放。因此，燃料電池代表一種與傳統能源系統完全不同的全新的能量轉換方式，它不僅會以更清潔更持續的方式替代交通運輸與電廠系統中廣泛應用的電機裝置，而且還會逐步進入便攜供電系統與其他能源應用領域。

燃料電池具有能量轉換效率高、污染小、用水少、占地小等突出優點，因此多年來一直成為替代傳統發電廠設備的最佳選擇。截至目前，世界上已有200多座磷酸燃料電池電站、50座熔融碳酸鹽燃料電池電站和20多座固體氧化物燃料電池示范裝置。熔融碳酸鹽燃料電池可采用氫氣、生物質氣、天然氣等氣體為燃料，不需要貴金屬作催化劑，可作為分布式電源和小型電站應用。

熔融碳酸鹽燃料電池由電極、電解質隔膜、碳酸鹽片、雙極板等關鍵部件組成。電解質隔膜和碳酸鹽片在電池堆運行時燒結在一起，熔融的碳酸鹽依靠毛細作用滲入燒結好的電解質隔膜微孔內，起到阻氣、傳導碳酸根離子的作用。

電解質隔膜必須具有長時間容留電池中熔融碳酸鹽電解質的功能，但在電池堆的實際運行過程中，存在電解質損失的問題，大大影響了電池堆的壽命和穩定運行。電解質的損失主要是由于與金屬部件發生腐蝕反應，電解質的蒸發和遷移等原因。電解質的損失造成了電池內阻增大，電解質隔膜板的粗孔化，使電解質的保持力降低，加速了電解質的損失。因此為保證熔融碳酸鹽燃料電池堆的長壽命和穩定運行，運行過程中的補鹽技術能夠使熔融碳酸鹽燃料電池能夠延長使用壽命，增加熔融碳酸鹽燃料電池發電技術的競爭力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠解決熔融碳酸鹽燃料電池運行過程中的補鹽問題的大面積熔融碳酸鹽補鹽燃料電池。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：包括陽極加熱端板，陰極加熱端板以及密封在陽極加熱端板和陰極加熱端板之間的雙極板，沿陽極加熱端板四周開設有碳酸鹽儲存槽，陽極加熱端板的四角加工有與碳酸鹽儲存槽相連通的補鹽孔；雙極板四角與陽極加熱端板對應的補鹽孔位置加工同樣大小尺寸的雙極板補鹽孔；且在陽極加熱端板的補鹽孔上設置有蓋帽。

本發明的碳酸鹽儲存槽的寬度為20-50mm，深度為2-5mm；補鹽孔的直徑為10-20mm；碳酸鹽儲存槽上設置有不銹鋼蓋板。

本發明在設計上考慮了熔融碳酸鹽燃料電池堆電解質鹽的損失原因，陽極加熱端板儲鹽槽和雙極板補鹽通道結構簡單合理，而且在任何缺鹽的條件下，均可通過陽極加熱端板的儲鹽槽為電池堆補鹽。陽極加熱端板與雙極板上的補鹽孔與電極之間有足夠的密封空間，能夠保證電池堆的密封，不存在氣體泄露和短路問題。能夠大大提高電池堆的壽命，保證電池堆穩定安全運行。

附圖說明：

圖1是本發明的整體結構示意圖；

圖2是本發明的陽極加熱端板的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明包括陽極加熱端板1，雙極板2和陰極加熱端板3，沿陽極加熱端板1四周開設有寬度為20-50mm，深度為2-5mm的碳酸鹽儲存槽4，碳酸鹽儲存槽4不會與端板側面的陰極氣孔相通，因此不存在燃料泄露或氣體短路。陽極加熱端板1的四角加工有與碳酸鹽儲存槽4相連通的直徑為10-20mm補鹽孔5；雙極板2四角與陽極加熱端板1對應的補鹽孔位置加工同樣大小尺寸的雙極板補鹽孔6；且在陽極加熱端板1的補鹽孔5上設置有蓋帽7。電池堆高溫運行時，放置在儲鹽槽4內的碳酸鹽熔融后由補鹽孔5下行并在毛吸作用下進入電解質隔膜；陽極加熱端板補鹽孔、電解質隔膜和雙極板補鹽孔形成電池堆的補鹽通道，由儲鹽槽和雙極板補鹽孔內預置的碳酸鹽為電池堆補充損失的鹽。

如圖2所示，陽極端板上表面加工有鹽儲槽、補鹽孔以及燃料氣體流道。電池堆裝配時陽極端板表面覆蓋并焊接一塊與端板相同大小的不銹鋼板。為保證燃料氣體不泄露，本發明將陽極端板上覆蓋的不銹鋼板分割為兩塊，一塊與燃料氣體流道的尺寸相同，與燃料氣體流道焊接在一起以保證密封；一塊覆蓋在鹽儲槽上，在電池堆運行時，可取下蓋帽7向電池堆補鹽。

電池堆裝配時，可先在雙極板四角的雙極板補鹽孔內預裝一定量的碳酸鹽片，在電池堆運行時，熔融的鹽片能夠靠毛細作用擴散到電解質隔膜中；電池堆長期運行后，補鹽將依靠陽極端板與雙極端板形成的補鹽通道為電池堆補充碳酸鹽。

制作時，首先應用數控工藝加工陽極加熱端板，在陽極端板表面加工鹽儲槽和補鹽孔，用數控工藝或化學腐蝕工藝加工雙極板，雙極板四周加工補鹽孔；用一塊與加熱端板相同尺寸的薄不銹鋼板從中間切割出與燃料流道尺寸相同的一塊，覆蓋并焊接在燃料氣體流道上，剩余部分覆蓋在鹽儲槽的上表面。含補鹽結構的陽極加熱端板、電解質隔膜、雙極板補鹽孔，就構成了本發明熔融碳酸鹽燃料電池完整的電池堆補鹽結構。