[实用新型]用带铸法制备熔融碳酸盐燃料电池隔膜的装置

说明书

本实用新型涉及一种带锈装置和干燥装置。

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是二十一世纪清洁能源装置，也是商业化可能性最高的新能源装置，MCFC除了具有一般燃料电池的特点，无污染、低噪音和高效率外，还有余热利用价值高、对燃料气种类要求宽和非贵金属催化剂等优点，而且部件和电池组技术含量很高。隔膜是熔融碳酸盐燃料电池的重要部件，其制备方法有造纸法、热滚法、冷滚法、热压法、电泳沉积法、带铸法、流铸法、溶铸法等许多种，目前国际上普遍用带铸法制膜，主要过程为将粉料、功能性有机物及溶剂等一起球磨成浆料，经过滤、脱气后，用带铸法制得膜片，再将膜片干燥、匹配、热压后，制得电池用隔膜，制隔膜用的粉料为LiAlO₂或SrTiO₃，其粉料粒度为微米或亚微米级，在隔膜配方达到优化的基础上，制膜的方法及装置决定了隔膜的质量和性能。制备装置主要包括球磨机、脱气机、带铸装置、干燥装置、热压机等。

USP 3,953,703中论述了干燥陶瓷膜的方法，采用连续带铸法制备陶瓷体，用位于干燥腔进口前部的1kw微波发生器对膜体进行干燥，选用频率高于1000MHz，特别用2500～3000MHz的超高频电磁波进行加热，加热功率密度为1w/inch²，其分布范围位于干燥腔之中，加热温度高于溶剂蒸发温度，以溶剂蒸发而不沸腾为准，整个干燥腔用循环空气加热，使膜体横断面温度达到均一，对于膜厚度、走带速度、溶剂组成、能量密度要进行优化，专利提出要限制干燥速度，1分钟走带2英尺，干燥腔长度要达到150英尺(约50米)，上述高频能在微波范围内，从内部加热，在膜的表面不形成皮状物，这是其优点，但靠吸收微波使膜体内部分子振荡产生能量，用以挥发膜内溶剂时，溶剂在膜体内渗透、扩散及向外挥发是不均匀、不等速的，易产生气泡，导致膜体内孔结构发生变化，或出现大孔，或出现膜裂，另外，此种装置要求干燥腔要足够长，设备过于庞大，操作不够灵活。

为解决以上结构的不足，本实用新型提供一种用带铸法制备熔融碳酸盐燃料电池隔膜的装置。

本实用新型主要包括球磨机、脱气机、带铸装置、干燥装置、热压机，带铸装置包括水平支撑板、薄膜和可调整高度的垂直刮刀，水平支撑板为1～10mm厚的木板、硬质金属板或玻璃板，薄膜为0.02～1mm厚的高分子聚合物膜，所用刮刀有角形、圆形和圆角形三种，其厚度(t)为0.5～10mm，材质为玻璃、陶瓷、带涂层的木质物、硬质金属或硬质塑料，角形刮刀适合于刮厚膜，刀尖的角度(θ)为15°～75°；圆形刮刀适合于刮薄膜，刀尖的圆弧半径为其厚度的0.5～10倍，即r=0.25～100mm，且圆心角(φ)不大于180°；圆角形刮刀适合性强，可刮厚膜及薄膜，其刀尖处由角形(斜面)和圆弧组成，角形部分刀尖高h=0.15～35mm，夹角θ=15°～75°，圆弧部分半径r=0.25～100mm，圆心角φ不大于90°(如图1、2所示)。

干燥装置包括干燥柜、支板、被干燥单元体、暖风发生器、保护性气体瓶、冷阱及过滤器(如图1所示)，被干燥单元体包括支撑板、薄膜、膜体、支框、多孔材质物体，在支撑板上四周放置支框，在支框上覆盖一种多孔材质物体，支框为硬质金属、带有涂层的木质物、陶瓷或玻璃非透气性实体，厚度为1～30mm，多孔材质物体两侧为小孔且孔口较多，中间为大孔且孔口较少，呈过渡状态，其材质为经过特殊处理的木质物、特型塑料或纸制品，厚度(h)为4～30mm。

本实用新型的优点：本设计的带铸装置和干燥装置，设备简单，成本低，操作简单，安全可靠，适应性强，溶剂加嘏，环境污染小，利于环保，可以根据所制隔膜面积来制定支撑板、薄膜、支框、干燥柜的大小及刮刀长度，易于放大，利于大规模生产，用该装置所制隔膜质地厚薄均匀，无孔无裂痕，堆密度高。膜中有机物挥发及燃料后，测得膜中最大孔径为1.12μm，用压汞法测得平均孔径为0.67μm，孔隙率为55.13％。用这样的膜组装电池，隔膜阻气能力高，反应气体压力可高达0.9MPa。在650℃电池操作温度下，在反应气利用率皆为20％，反应气压为0.9MPa时，在150mA/cm²、200mA/cm²及300mA/cm²电流密度下放电，电池输出电压分别为0.901V、0.844V和0.737V，多次启动，电池性能基本不变。

本实用新型详细结构通过附图和实施例加以说明。

图1为本实用新型干燥装置结构图。

图2为本实用新型带铸制膜结构图。