[发明专利]一种熔融碳酸盐燃料电池结构

说明书

技术领域

本发明涉及能源技术领域燃料电池技术，具体涉及一种全新的熔融碳酸盐燃料电池。 

背景技术

熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是一种高温型燃料电池，工作温度为650℃，其反应过程不同于热机过程，因此能量转换效率不受“卡诺循环”的限制，效率可达50%～60%，电池反应产物仅为水，没有污染物的排放。其还具有燃料电池清洁、高效、低噪、比功率高等共性优点，适宜用做分布式电站，目前已进入商业化前期。 

传统的MCFC一般由电极、电解质隔膜、双极板等关键部件组成。其中，传统的电解质隔膜在电池的首次启动过程中必须经过长时间的焙烧，使隔膜中的有机物挥发并燃烧，隔膜内部留下无序蜂窝状孔道结构，熔融的碳酸盐依靠毛细作用浸渍到烧结好的电解质隔膜微孔内，起到阻气、传导碳酸根离子的作用。隔膜一般采用α-LiAlO₂或γ-LiAlO₂作为隔膜原料，使用大量有机溶剂，经过球磨后形成均一浆料，然后带铸法成膜，厚度一般在0.7～1mm。，但是如果有机物不能得到充分焙烧，将形成积碳，影响电池性能。由于此种膜较厚，造成比较大的欧姆损失，导致电池性能较低。 

传统的MCFC一般采用多孔镍板作为电极，这种电极经过高压压制高温烧结而成，厚度一般在0.4～0.6mm。由于其内部孔道也成无序蜂窝状结构，再加上电极比较厚，因此不利于物质的传输，电极极化较大，导致电池性能较低。 

发明内容

本发明的目的提供一种全新的熔融碳酸盐燃料电池，这种全新的熔融 碳酸盐燃料电池和传统的燃料电池相比具有诸多优点： 

（1）MCFC首次启动过程不需要隔膜的长时间烧结过程，大大缩短了MCFC启动时间。 

（2）新型MCFC隔膜的制备不需要使用大量的有机溶剂，减少了对环境的污染。 

（3）新型MCFC隔膜和电极均为有序化结构，更有利于物质的传输和反应界面的稳定，提高电池性能。 

（4）新型MCFC隔膜孔道结构为直行通孔结构，更有利于熔盐的浸入和阻气能力的提高，可以进一步提高电池的操作压力，提高电池性能。 

（5）新型MCFC隔膜和电极厚度都较薄，进一步减少了欧姆电阻和电极极化损失，提高电池性能。 

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是： 

采用技术已经非常成熟的多孔阳极氧化铝（AAO）作为模板，首先制备出孔径在50～600nm不等的AAO作为模板。 

有序化隔膜制备：采用孔径在50～200nm的AAO作为模板，将此模板反复浸渍碳酸锂饱和溶液，在烘箱中烘干，然后放置在平滑陶瓷板上，并在其上洒满石英砂。然后将其放置于马弗炉中，经过高温焙烧形成有序化隔膜。 

有序化电极制备：采用孔径在300～600nm的AAO作为模板，在真空条件下在AAO表面喷涂一层3～5nm厚的金层，然后将喷金的AAO模板在同样在真空条件下浸入甲基丙烯酸甲酯单体溶液，以过氧化苯甲酰为聚合引发剂，在紫外线照射条件下生成聚甲基丙烯酸甲酯。然后用1～1.5mol/LNaOH溶液去除AAO模板，得到反向复制模板后进行电化学沉积Ni，去除聚甲基丙烯酸甲酯后便可得到有序化电极。 

另外，有序新型熔融碳酸盐燃料电池是一个全新的概念，其是采用有序化隔膜和有序化电极分别替代传统的隔膜和电极，从而在整体结构与运 转方面都有所不同，比如不需要隔膜长时间的焙烧过程。所以，在有序化隔膜和有序化电极制备的方法上，上面只提了简单的两个方法，相信随着科技工作者的进一步研究，一定会开发出更多更好的方法来制备有序化隔膜和有序化电极。 

附图说明

图1为新型熔融碳酸盐燃料电池示意图；1)有序化电极；2)有序化隔膜； 

图2为有序化隔膜表面有序孔扫描电子显微镜下的照片； 

图3为有序化隔膜直行孔道断面图； 

图4为有序化电极制备路线图； 

图5为有序化电极扫描电子显微镜下的照片； 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。 

实施例1：如图1所示，本发明包括有序化隔膜1，有序化电极2。有序化隔膜1具有直行通孔孔道结构，孔径为50～200nm，厚度为200～400um，材质为陶瓷材料α-LiAlO₂。