[发明专利]含有变价金属氧化物的熔融碳酸盐电解液及在炭燃料电池中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种直接炭燃料电池电解液体系。具体地说是一种加入了变价金属氧化物的熔融碳酸盐电解液体系。本发明也涉及一种含有变价金属氧化物的熔融碳酸盐电解液在炭燃料电池中的应用方法。

背景技术

直接炭燃料电池是是一种以固体炭(如煤)直接做燃料的特殊类型的燃料电池，通过炭在阳极的电化学氧化和氧气在阴极的电化学还原来实现发电。在这种煤到电的转换过程中，无燃烧，无热机，无需对煤重整气化，因此直接炭燃料电池不仅具有高效环保的特点，而且直接炭燃料电池的燃料来源广泛，其中包括煤、石油、天然气、甚至是生物燃料。此外，直接炭燃料电池的产物可以进行收集，直接应用于工业生产。对于熔融碳酸盐型直接炭燃料电池，其基本反应原理如下：

阳极反应：C+2CO₃^2-＝3CO₂+4e^-    (1)

阴极反应：O₂+2CO₂+4e^-＝2CO₃^2-    (2)

总反应：C+O₂＝CO₂    (3)

为了进一步提高直接炭燃料电池的发电能力，目前研究人员从提高炭阳极电化学活性入手，如对活性炭阳极进行浸润处理，酸碱处理，炭表面包覆金属、制备活性高的炭燃料等，但是随着反应的进行，处理的炭被消耗掉，浸润处理和酸碱处理的效果也随之消失，包覆的金属会随之脱落，不能继续起到持续提高炭的电氧化性能的作用。本发明解决了以上传统方法上的不足，将变价金属氧化物加入到熔融碳酸盐电解液体系中。下面是与本发明相关的在先公开报道：Li X，Zhu Z，Chen J，et al.Surface modification of carbon fuels for direct carbon fuel cells[J].Journal of Power Sources，186(2009)1-9.和Cao D X，Wang G L，Wang C Q，et al.Enhancement of electrooxidation activity of activated carbon for direct carbon fuel cell[J].International Journal of hydrogen energy，35(2010)1778-1782.等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高炭阳极的初始极化电势和相同电势下的电流密度，减小电解液的电阻的含有变价金属氧化物的炭燃料电池熔融碳酸盐电解液。本发明的目的还在于提供一种含有变价金属氧化物的熔融碳酸盐电解液在炭燃料电池中的应用方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的含有变价金属氧化物的熔融碳酸盐电解液是由重量比为3-5％的变价金属氧化物粉末与97-95％的Li₂CO₃和K₂CO₃电解液的混合物构成的细小颗粒。

所述的变价金属氧化物为Fe₂O₃、Co₃O₄、NiO、Ni₂O₃、MnO₂、CuO、V₂O₅、MoO₃、SnO₂、CeO₂或PbO₂中的一种或其中两种及两种以上的混合物。

本发明的含有变价金属氧化物的熔融碳酸盐电解液是采用这样的方法制备的：将变价金属氧化物粉末(3-5wt％)与Li₂CO₃和K₂CO₃(97-95wt％)电解液混合，在玛瑙研钵中将混合物研磨30分钟，直到混合物颗粒细小均匀。

本发明的含有变价金属氧化物的熔融碳酸盐电解液在炭燃料电池中的应用方法为：含有变价金属氧化物的熔融碳酸盐电解液体系作为电解液，石墨棒作为炭阳极，以33％O₂，67％CO₂/Au作为参比电极，钢制圆桶作为对电极组成三电极体系。