[發(fā)明專(zhuān)利]一種補(bǔ)充熔融碳酸鹽燃料電池電解質(zhì)的方法及裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110546167.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113517460A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧成壯;張瑞云;李昊;程健;楊冠軍;黃華;白發(fā)琪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華能?chē)?guó)際電力股份有限公司;中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/14
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/14;H01M8/04298
• 代理公司: 北京三聚陽(yáng)光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 周淑歌

本發(fā)明屬于熔融碳酸鹽燃料電池電解質(zhì)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種補(bǔ)充熔融碳酸鹽燃料電池電解質(zhì)的方法及裝置。該方法包括如下步驟：將堿金屬鹵化物加熱至第一溫度，形成蒸汽；將二氧化碳、氧氣加熱到第二溫度，與上述蒸汽同時(shí)通入熔融碳酸鹽燃料電池的陰極腔室，使堿金屬鹵化物與二氧化碳、氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸鹽，完成電解質(zhì)補(bǔ)充。該方法首先對(duì)堿金屬鹵化物進(jìn)行氣化，然后通入預(yù)熱后的二氧化碳和氧氣，利用化學(xué)反應(yīng)在熔融碳酸鹽燃料電池陰極腔室生成碳酸鋰，實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)的補(bǔ)充效果，該方法在領(lǐng)域內(nèi)是首次應(yīng)用，避免了傳統(tǒng)方法需要將燃料電池降溫帶來(lái)的耗時(shí)長(zhǎng)，效率低的問(wèn)題，添加的電解質(zhì)能夠解決燃料電池長(zhǎng)周期運(yùn)行帶來(lái)的電解質(zhì)缺失的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熔融碳酸鹽燃料電池電解質(zhì)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種補(bǔ)充熔融碳酸鹽燃料電池電解質(zhì)的方法及裝置。

背景技術(shù)

熔融碳酸鹽燃料電池是一種高溫燃料電池發(fā)電技術(shù)，其采用碳酸鹽(碳酸鉀、碳酸鋰、碳酸鈉)為電解質(zhì)，工作溫度為650℃左右，具有燃料來(lái)源廣(氫氣，天然氣、合成氣等)。其模塊化可以實(shí)現(xiàn)燃料電池的快速安裝，適用于分布式或固定式電站，并在世界各個(gè)國(guó)家得到廣泛的應(yīng)用。

熔融碳酸鹽燃料電池包括雙極板、電極(陽(yáng)極：鎳，陰極：氧化鎳)等，工作原理為電化學(xué)反應(yīng)，陽(yáng)極為氫氣與碳酸鹽反應(yīng)生成水和二氧化碳及電子，陰極為氧氣與二氧化碳及陽(yáng)極傳輸?shù)碾娮臃磻?yīng)生成碳酸鹽。熔融態(tài)的碳酸鹽作為電解質(zhì)介質(zhì)完成電子和物質(zhì)的傳輸。此外，其工作溫度下為熔融態(tài)，存在電解質(zhì)的蒸發(fā)，以及電解質(zhì)對(duì)雙極板和電極會(huì)發(fā)生反應(yīng)(雙極板腐蝕和電極溶解)，進(jìn)而會(huì)在燃料電池長(zhǎng)時(shí)間的工作中，發(fā)生電解質(zhì)的流失，影響燃料電池的壽命。

現(xiàn)有技術(shù)中，有的通過(guò)在熔融碳酸鹽燃料電池雙極板上打孔，進(jìn)行外部補(bǔ)充電解質(zhì)；有的利用外部抽真空設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)充電解質(zhì)漿料，實(shí)現(xiàn)部分補(bǔ)充，還有就是利用電池裝配過(guò)程中，添加過(guò)量的電解質(zhì)。上述方法均需在常溫下進(jìn)行補(bǔ)充，即需要對(duì)燃料電池進(jìn)行降溫，效率較低，而最后一種方法只是添加過(guò)量的電解質(zhì)，其并不是真正意義上的補(bǔ)充。

因此，如何能夠在較高的溫度下，高效快速的補(bǔ)充電解質(zhì)，成為制約熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)展的關(guān)鍵因素，是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的只能在常溫下補(bǔ)充電解質(zhì)、會(huì)破壞電池結(jié)構(gòu)等缺陷，從而提供一種補(bǔ)充熔融碳酸鹽燃料電池電解質(zhì)的方法和裝置。

為此，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種補(bǔ)充熔融碳酸鹽燃料電池電解質(zhì)的方法，包括如下步驟：

將堿金屬鹵化物加熱至第一溫度，形成蒸汽；

將二氧化碳、氧氣加熱到第二溫度，與上述蒸汽同時(shí)通入熔融碳酸鹽燃料電池的陰極腔室，使堿金屬鹵化物與二氧化碳、氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸鹽，完成電解質(zhì)補(bǔ)充。

可選的，所述第一溫度為500-700℃；

所述第二溫度為520-680℃。

可選的，所述第一溫度與第二溫度相同。

可選的，還包括將未反應(yīng)的原料和生成的鹵化物蒸氣經(jīng)冷卻，回收利用。

可選的，所述堿金屬鹵化物為熔融碳酸鹽燃料電池常用電解質(zhì)中堿金屬的鹵化物，可以為碘化鋰、碘化鉀、溴化鋰、溴化鉀中的至少一種。

可選的，所述堿金屬鹵化物與二氧化碳、氧氣的摩爾比為(1.8-2.4)：(0.9-1.2)：(0.3-0.6)；

可選的，所述二氧化碳的流量控制在5-10L/min。

本發(fā)明還提供一種補(bǔ)充熔融碳酸鹽燃料電池電解質(zhì)的裝置，包括，

堿金屬鹵化物加熱裝置，與燃料電池的陰極腔室連通；