[發明專利]一種基于熔融碳酸鹽與固體氧化物復合電解質的燃料電池及其應用

有效

• 申請號: 202011161121.6
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112366340B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 陸玉正;顏森林;馬李剛
• 申請（專利權）人: 南京曉莊學院
• 主分類號: H01M8/0662
• 分類號: H01M8/0662;H01M8/126;H01M8/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李倩

1.一種基于熔融碳酸鹽與固體氧化物復合電解質的燃料電池，其特征在于：所述燃料電池包括陰極層、復合電解質層以及陽極層；其中，復合電解質層由碳酸根離子傳輸層和氧離子傳輸層組成；碳酸根離子傳輸層為釤摻雜氧化鈰-碳酸鹽電解質層，氧離子傳輸層為釤摻雜氧化鈰；所述碳酸鹽為由Li₂CO₃和K₂CO₃混制而成；

所述釤摻雜氧化鈰-碳酸鹽電解質層采用如下方法制備而成：將碳酸鹽通過高溫浸漬法進入釤摻雜氧化鈰中；具體包括如下步驟：

（1）將碳酸鹽和釤摻雜氧化鈰按摩爾比1:1混合，球磨后得到混合粉末物料；

（2）將混合粉末物料加入到聚乙烯醇溶液中，攪拌后得到漿料，用預處理過的有機泡沫浸漬在漿料中，待漿料充滿泡沫體時，將含漿料的有機泡沫干燥后得到多孔陶瓷坯體；有機泡沫的預處理為：將清洗后的聚氨酯海綿放入NaOH溶液中，于60~65℃的水浴鍋內浸泡30~35min；

（3）將多孔陶瓷坯體燒結后得到多孔陶瓷片狀材料，再將多孔陶瓷片狀材料研磨成納米級的復合粉末材料，復合粉末材料經過熱壓后得到釤摻雜氧化鈰-碳酸鹽電解質層；燒結過程為：將溫度由室溫升溫至400~450℃并保溫3~3.5h，升溫速度為5~6℃/min，再以5~6℃/min的升溫速度升溫至1000~1050℃并保溫2~2.5h，最后空冷至室溫；

所述燃料電池還包括金屬極板，金屬極板分別為陽極極板和陰極極板，陽極極板上設有陽極進氣口和陽極出氣口，陰極極板上設有陰極進氣口一和陰極進氣口二；陰極進氣口一進氣為氧氣，陰極進氣口二進氣為CO+CO₂混合氣體：氧氣與二氧化碳在陰極得到兩個電子生成碳酸根離子，化學反應式為：

1/2O₂+CO₂+2e= CO₃^2-；混合氣體中CO從陰極出氣口排出；

碳酸根離子在碳酸根離子傳輸層中被分離成氧離子和二氧化碳，化學反應為：CO₃^2-=CO₂+O^2-；氧離子經過氧離子傳輸層達到陽極表面參加化學反應。

2.根據權利要求1所述的基于熔融碳酸鹽與固體氧化物復合電解質的燃料電池，其特征在于：所述陰極層為多孔金屬鎳；所述陽極層為表面涂有NCAL的泡沫鎳。

3.根據權利要求1所述的基于熔融碳酸鹽與固體氧化物復合電解質的燃料電池，其特征在于：所述碳酸鹽中，Li₂CO₃質量百分比為62%，K₂CO₃質量百分比為38%。

4.權利要求1所述的基于熔融碳酸鹽與固體氧化物復合電解質的燃料電池在分離一氧化碳和二氧化碳方面的應用。