[實(shí)用新型]一種鎳鑭復(fù)合材料陰極及其直接碳燃料電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520710552.1
• 申請日: 2015-09-14
• 公開（公告）號(hào): CN204966592U
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許云翔;王亞斌;王世虎
• 申請（專利權(quán)）人: 山西宇翔信息技術(shù)有限公司;北京宇翔科創(chuàng)投資有限公司;北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/86
• 分類號(hào): H01M4/86;H01M4/88;H01M8/14;H01M8/22
• 代理公司: 北京萬象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11360
• 代理人: 王巖

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及直接碳燃料電池制備領(lǐng)域，具體涉及一種鎳鑭復(fù)合材料陰極及其直接碳燃料電池。

背景技術(shù)

直接碳燃料電池(DirectCarbonFuelCell,DCFC)是一種以碳及其衍生物為燃料的燃料電池，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好、燃料適應(yīng)性廣等突出優(yōu)點(diǎn)。DCFC總電極反應(yīng)為C+O₂＝CO₂，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下此反應(yīng)熵變(DS)接近0，吉布斯自由能變化與焓變幾乎相等。故DCFC理論效率可達(dá)100％，而以氫氣甲烷為燃料的燃料電池理論效率分別為83％和91％。此外DCFC理論效率不隨溫度升高而降低，800℃下DCFC理論效率仍為100％，而800℃下以氫氣為燃料的燃料電池理論效率降低為74％，因此DCFC近年來重新受到人們的關(guān)注。

目前國內(nèi)外DCFC的相關(guān)專利的研究內(nèi)容基本上圍繞著DCFC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電極材料、反應(yīng)裝置、電解質(zhì)組成優(yōu)化以及流體控制系統(tǒng)等方面。

2006年圣安德魯斯大學(xué)董事會(huì)在專利201280064087.8中提出了一種直接碳燃料電池DCFC系統(tǒng)，包括了電化學(xué)系統(tǒng)、陽極室、陰極室、陽極外殼、陰極外殼和連接器，采用了固態(tài)的第一電解質(zhì)和熔融碳酸鹽作為第二電解質(zhì)，陰極采用亞錳酸鍶鑭、摻鑭的鍶鈷氧化物等固態(tài)金屬氧化物，在750℃的運(yùn)行溫度下，優(yōu)化電流密度為120mA/cm²，功率密度為40mW/cm²。

專利201210197623.3于2012年提出了一種以液態(tài)金屬錫為陽極的直接碳燃料電池裝置，該實(shí)用新型以液態(tài)金屬錫為陽極，而非現(xiàn)有的含碳燃料混合物與電流收集器構(gòu)成的陽極結(jié)構(gòu)，提高了陽極傳質(zhì)性能，同時(shí)，可根據(jù)新的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大功率直接碳燃料電池堆的研究與開發(fā)。

清華大學(xué)在專利200810119204.1中提出了一種直接碳燃料電池反應(yīng)裝置，該反應(yīng)裝置包括固定部件、水冷部件、陰極氣體供給部件、陽極氣體供給部件、碳燃料安置部件、集流部件、密封部件、測控溫部件和反應(yīng)腔體部件。該裝置可實(shí)現(xiàn)對直接碳燃料電池的密封、電流集流、陰陽極氣體供給、測溫控溫、固體碳燃料供給、陽極加水及分段加熱等功能，同時(shí)為外部氣路、電池電化學(xué)性能測試、反應(yīng)氣體檢測留下接口，以滿足直接碳燃料電池反應(yīng)條件需求。

以Cooper領(lǐng)導(dǎo)的美國Lawrence國家實(shí)驗(yàn)室(LawrenceLivermoreNationalLaboratory)開發(fā)了熔融碳酸鹽的燃料電池。該電池采用高溫(800℃)的熔融碳酸鹽作為電解質(zhì)，固體炭作為燃料，空氣中的氧氣作為陰極還原劑，在800℃的運(yùn)行溫度下，優(yōu)化電流密度為120mA/cm²,功率密度為60mW/cm²。

韓國生產(chǎn)技術(shù)研究院于2015年在專利201380037717.7中提出了一種可以確保燃料電極介質(zhì)的流動(dòng)性而改善了輸出密度的直接碳燃料電池的燃料供應(yīng)裝置，該裝置包括通路管及起泡裝置，憑借燃料電極介質(zhì)流動(dòng)是的介質(zhì)被供應(yīng)到管型芯的燃料電極上，提高了管型芯的輸出密度。

目前國內(nèi)外DCFC行業(yè)涉及如何提高直接碳燃料電池功率密度的實(shí)用新型較少。文獻(xiàn)【S.Zecevic,E.M.Patton,P.Parhami,Carbon2004,42,1983-1993.】中對使用不同的陰極材料(低碳鋼、鎳、泡沫鎳、Fe2Ti等)對DCFC的輸出性能進(jìn)行測試，所得最大的電流密度為270mA/cm²，最大功率密度為60mW/cm²，燃料轉(zhuǎn)化效率為39％，電解質(zhì)為熔融堿混合物，工作溫度為630℃。