[發明專利]一種復合阻堿集流板的制備方法

無效

• 申請號: 201010301260.4
• 申請日: 2010-02-05
• 公開（公告）號: CN101867051A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 張雄福;張健;涂敏;劉海鷗
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M4/86
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于新能源及無機膜應用領域，涉及一種應用于熔融碳酸鹽燃料電池內復合阻堿集流板的制備方法，具體涉及一種保護直接內重整熔融碳酸鹽燃料電池重整催化劑的阻堿復合集流板的制備。

背景技術

隨著經濟和社會的發展，石油危機和環境污染給人類的生存帶來極大的挑戰，尋求清潔資源和實現可持續發展成為全球最為關注和急需解決的問題之一。氫能被認為人類未來的能源，燃料電池是利用氫能最好的方式，氫能和燃料電池是當前科技最熱門的話題之一。

直接內重整熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)是一種高溫型燃料電池，工作溫度為650℃，電解質通常為碳酸鋰和碳酸鉀的混合物(62mol％Li₂CO₃和38mol％K₂CO₃)，適宜于用做分布式電站，目前已進入商業化前期。MCFC除了具有燃料電池清潔、高效、低噪、比功率高等共性優點外，還能將天然氣、生物質等廉價燃料內置轉化為氫，構成直接內重整熔融碳酸鹽燃料電池(DIR-MCFC)。DIR-MCFC作為整體技術有如下主要優點：

(1)由于不需要外部重整器，因此降低了系統成本；

(2)采用DIR，需要的蒸汽更少(MCFC陽極電氧化反應生成水蒸汽)；

(3)DIR-MCFC陽極內氫分布更均勻，溫度分布也更均勻；

(4)重整反應生成的氫不斷被電化學反應所消耗，甲烷轉化率高，可達100％；燃料能量轉化效率提高，電池發電效率更高；

但對于DIR-MCFC的商業化預期在關鍵技術和經濟成本方面仍有待突破，特別是重整催化劑堿中毒問題(K₂CO₃和Li₂CO₃的揮發和蠕動)，痕量的堿蒸氣或堿液都會使催化劑失活，嚴重影響電池運行性能和壽命。

目前，美國FCE(前身ERC)公司、德國的MTU公司、意大利的Ansaldo公司、日本的HIH、韓國電力研究所等都在積極推動MCFC商業化進程，幾十千瓦級到兆瓦級示范電站都已進入評價階段，降低商業化成本，提高電池運行壽命成為當前研究熱點。其中，提高催化劑阻堿抗中毒能力成為延長DIR-MCFC運行壽命、降低成本、維持系統效率的主要舉措之一。

針對以消除堿擴散和防止重整催化劑中毒為目的研究目前基本上可歸結為三種方案：

第一種方案是研制開發抗堿重整催化劑：多以Ni作為活性組分、選用堿性MgO、Al₂O₃、Cr₂O₃、g-LiAlO₂、？LiAlO₂或YSZ作為載體的催化劑，其他金屬氧化物也被添加至載體中，以提高催化劑的抗堿中毒性能，Ru或Rh促進劑也被嘗試加入。例如J.S.Choi等人(J.S.Choi，et?al，Catal.Today，2004，93-95：553-560)用浸漬沉積法制備了一系列Ni/MgO-TiO₂重整催化劑，并在石英管固定床反應器中(650℃、S/C＝2.5、甲烷流速20ccm)進行池外抗堿實驗。但這種催化劑改良的方法很有局限性，Ru、Re等貴金屬價格高昂，成本太高，不利于大規模使用，而且堿蒸氣或堿液對多孔載體本身都有吸附、堵塞、腐蝕作用，抗堿效果差，發展潛力不大。

第二種方案是采用改變陽極氣室結構，加入阻堿隔板為主：在陽極和重整催化劑之間加入防護網層。該保護層具有允許氫氣通過，不允許堿通過，有多孔板、箔氈、陶瓷等形式構成。例如E.Passaacqua等人(E.Passaacqua，et?al，Mater.Lett.，1998，34：257-262)采用流延法制備0.36mm厚、平均孔徑2靘、孔隙率在39～43％的系列SiC陶瓷膜，并分別作了150h、700h和1500h的碳酸鹽燃料電池外測試，但此類阻堿隔板的空間安置工藝復雜、運行時間短、機械強度、孔徑及厚度、阻堿機理方面還有待進一步改進和研究。