专利名称：一种提高熔融碳酸盐燃料电池炭阳极性能的方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种用导电粉末提高熔融碳酸盐燃料电池炭粉阳极性能的方法。
背景技术：
燃料电池是一种直接将化学能高效、环境友好地转变为电能的电化学器件，是一种绿色能量转换装置，可同时解决节能和环保两大世界难题。以固体炭直接为燃料的熔融碳酸盐燃料电池具有效率高、污染小、噪音低和电池构造材料价廉等诸多优点，是一种绿色电站。其反应原理示意如下阳极 C+2CO32-→3CO2+4e-阴极 O2+2CO2+4e-→2CO32-总反应C+O2→2 CO2目前，作为熔融碳酸盐燃料电池燃料的固体炭阳极主要有两种形式炭粉和炭棒。以炭棒为阳极的缺点是炭与熔融碳酸盐的接触面积小，反应速率慢，无法实现连续进料；以炭粉为阳极，可以增大碳与熔融碳酸盐的接触面积大，但是目前的炭粉阳极采用金属板来收集电流，其缺点是电流的收集仅局限在金属板表面，无法收集到远离金属板区域产生的电流，不能有效地提高炭的反应速率。可参阅A.A.Kulikovsky，Voltage loss in bipolar plates in a fuel cellstack.Journal of Power Sources 160(2006)431-435，以及Andrew L.Dicks，Molten carbonate fuelcells.Current Opinion in Solid State and Materials Science 8(2004)379-383。
发明内容本发明的目的在于提出一种能显著提高以炭粉为燃料的熔融碳酸盐燃料电池性能的用导电粉末提高熔融碳酸盐燃料电池炭阳极性能的方法。
本发明的目的是这样实现的在“炭粉-金属集流板”构成的熔融碳酸盐燃料电池阳极的基础上，在炭粉中混合导电粉，炭粉与导电粉的体积比为3∶1，炭粉与导电粉的颗粒为100～200目。
本发明还有这样一些技术特征1、所述的导电粉为金属粉末、金属粉表面负载的半导体材料、表面覆盖导电组分的半导体以及它们的混合物；2、所述的炭粉是化学组分为碳元素的物质，包括来源于煤、石油、天然气、生物质、石墨、塑料和有机垃圾的固体炭。
本发明以炭粉与导电粉做为阳极，构成熔融碳酸盐燃料电池，电池的工作温度为800℃，在炭粉中混入了导电粉末，从而增大了炭阳极反应面积和电子传导性能，提高了炭粉阳极的放电性能，其中，导电粉可以是所有种类的金属粉末，包括铁、钴和镍等金属粉末；二氧化锰和氧化镍等半导体，生物质包括秸秆、果壳、谷物皮壳、草等。同时，本发明以炭粉为燃料时无需对炭进行重整气化，由于本发明在电池的工作温度为800℃，炭粉等此时已为熔融状态，因此无需对其进行重整气化；本发明克服了现有炭阳极反应面积小和收集电流困难等缺点，解决了熔融碳酸盐燃料电池炭粉阳极放电电流小的问题，优点在于采用三元“炭粉-导电粉-金属板”构成熔融碳酸盐燃料电池的阳极，导电粉末的加入一方面能增大了炭与集流体的接触面积，从而增大了单位体积有效的电极反应面积；另一方面能降低电极内阻，对远离金属板的区域的电流起到很好的作用；因而能显著提高以炭粉为燃料的熔融碳酸盐燃料电池的性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明工艺的效果作进一步的说明实施例1采用“炭粉-镍粉-泡沫镍”为熔融碳酸盐燃料电池的阳极，其中炭粉来源于活性炭，炭粉和镍粉的体积比为3∶1，均为140～160目；62％Li2CO3+38％K2CO3(摩尔比)为电解质，NiO为阴极(通过泡沫Ni原位氧化和锂化获得)，γ-LiAlO2膜为电解质载体隔膜，制备以固体炭为燃料的熔融碳酸盐燃料电池，在800℃，0.75V电压下，电流密度达100mA/cm2，对应功率密度达75mW/cm2。
实施例2采用“炭粉-钴粉-泡沫镍”为熔融碳酸盐燃料电池的阳极，其中炭粉来源于煤，炭粉和钴粉的体积比为3∶1，均为140～160目；62％Li2CO3+38％K2CO3(摩尔比)为电解质；NiO为阴极(通过泡沫Ni原位氧化和锂化获得)；γ-LiAlO2膜为电解质载体隔膜，制备以固体炭为燃料的熔融碳酸盐燃料电池，在800℃，0.78V电压下，电流密度达102mA/cm2，对应功率密度达80mW/cm2。
实施例3采用“炭粉-铁粉-泡沫镍”为熔融碳酸盐燃料电池的阳极，其中炭粉来源于石油，炭粉和铁粉的体积比为3∶1，均为140～160目；62％Li2CO3+38％K2CO3(摩尔比)为电解质；NiO为阴极(通过泡沫Ni原位氧化和锂化获得)；γ-LiAlO2膜为电解质载体隔膜，制备以固体炭为燃料的熔融碳酸盐燃料电池，在800℃，0.75V电压下，电流密度达95mA/cm2，对应功率密度达71mW/cm2。
实施例4采用“炭粉-镍粉-铁粉-泡沫镍”为熔融碳酸盐燃料电池的阳极，其中炭粉来源于天然气，炭粉、镍粉和钴粉的体积比为3∶0.5∶0.5，均为140～160目；62％Li2CO3+38％K2CO3(摩尔比)为电解质，NiO为阴极(通过泡沫Ni原位氧化和锂化获得)，γ-LiAlO2膜为电解质载体隔膜，制备以固体炭为燃料的熔融碳酸盐燃料电池，在800℃，0.77V电压下，电流密度达98mA/cm2，对应功率密度达76mW/cm2。
实施例5采用“炭粉-二氧化锰粉-泡沫镍”为熔融碳酸盐燃料电池的阳极，其中炭粉来源于生物质，炭粉和二氧化锰的体积比为3∶1，均为140～160目；62％Li2CO3+38％K2CO3(摩尔比)为电解质，NiO为阴极(通过泡沫Ni原位氧化和锂化获得)，γ-LiAlO2膜为电解质载体隔膜，制备以固体炭为燃料的熔融碳酸盐燃料电池，在800℃，0.70V电压下，电流密度达74mA/cm2，对应功率密度达52mW/cm2。
实施例6采用“炭粉-氧化镍粉-泡沫镍”为熔融碳酸盐燃料电池的阳极，其中炭粉来源于石墨，炭粉和氧化镍的体积比为3∶1，均为140～160目；62％Li2CO3+38％K2CO3(摩尔比)为电解质，NiO为阴极(通过泡沫Ni原位氧化和锂化获得)，γ-LiAlO2膜为电解质载体隔膜，制备以固体炭为燃料的熔融碳酸盐燃料电池，在800℃，0.72V电压下，电流密度达75mA/cm2，对应功率密度达54mW/cm2。
实施例7采用“炭粉-镍粉-氧化镍粉-泡沫镍”为熔融碳酸盐燃料电池的阳极，其中炭粉来源于塑料(高温绝氧去除挥发份)，炭粉、镍粉和氧化镍的体积比为3∶0.5∶0.5，均为140～160目；62％Li2CO3+38％K2CO3(摩尔比)为电解质，NiO为阴极(通过泡沫Ni原位氧化和锂化获得)，γ-LiAlO2膜为电解质载体隔膜，制备以固体炭为燃料的熔融碳酸盐燃料电池，在800℃，0.74V电压下，电流密度达78mA/cm2，对应功率密度达58mW/cm2。
实施例8采用“炭粉-镍粉-二氧化锰粉-泡沫镍”为熔融碳酸盐燃料电池的阳极，其中炭粉来源于有机垃圾，炭粉、镍粉和二氧化锰的体积比为3∶0.5∶0.5，均为140～160目；62％Li2CO3+38％K2CO3(摩尔比)为电解质，NiO为阴极(通过泡沫Ni原位氧化和锂化获得)，γ-LiAlO2膜为电解质载体隔膜，制备以固体炭为燃料的熔融碳酸盐燃料电池，在800℃，0.75V电压下，电流密度达80mA/cm2，对应功率密度达60mW/cm2。
权利要求
1.一种提高熔融碳酸盐燃料电池炭阳极性能的方法，其特征在于在“炭粉-金属集流板”构成的熔融碳酸盐燃料电池阳极的基础上，在炭粉中混合导电粉，炭粉与导电粉的体积比为3∶1，炭粉与导电粉的颗粒为100～200目。
2.根据权利要求1所述的一种提高熔融碳酸盐燃料电池炭阳极性能的方法，其特征在于所述的导电粉是金属粉末、金属粉表面负载的半导体材料、表面覆盖导电组分的半导体或它们的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种提高熔融碳酸盐燃料电池炭阳极性能的方法，其特征在于炭粉是化学组分为碳元素的物质，包括来源于煤、石油、天然气、生物质、石墨、塑料或有机垃圾的固体炭。
全文摘要
本发明公开了一种提高熔融碳酸盐燃料电池炭阳极性能的方法。它是用“炭粉－导电粉－金属板”构成熔融碳酸盐燃料电池阳极的基础上，在炭粉中混合导电粉，炭粉与导电粉的体积比为3∶1，炭粉与导电粉的颗粒为100～200目。导电粉一方面可起到增大炭与集流体的接触面积，增大单位体积有效的电极反应面积的作用；另一方面能降低电极内阻，对远离金属板的区域的电流起到很好的作用；因而能显著提高以炭粉为燃料的熔融碳酸盐燃料电池的性能。
文档编号H01M8/14GK101090156SQ20071007246
公开日2007年12月19日 申请日期2007年7月6日 优先权日2007年7月6日
发明者曹殿学, 王贵领, 吕艳卓 申请人:哈尔滨工程大学