[发明专利]一种具有高耐久力的军用燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是一种具有高耐久力的军用燃料电池。

背景技术

熔融碳酸盐燃料电池属于高温燃料电池，与低温燃料电池相比，熔融碳酸盐燃料电池的 成本低、效率高，具有十分强劲的优势。首先，在工作温度下，熔融碳酸盐燃料电池可以进 行内部重整燃料，例如在阳极反应室进行甲烷的重整反应，重整反应所述热量由电池反应的 余热提供；其次，熔融碳酸盐燃料电池的工作温度为650℃～700℃，其余热可以用来压缩反 应气体以提高电池性能，也可以用于供暖；再次，燃料重整时产生的CO可以作为熔融碳酸盐 燃料电池的燃料，且由于熔融碳酸盐燃料电池属于高温燃料电池，不会受到CO的中毒催化剂 的威胁；最后熔融碳酸盐燃料电池的催化剂为镍合金，不必使用贵金属，其成本低廉。

而现有的熔融碳酸盐燃料电池在高温及电池组装压力下容易产生蠕变，若采用煤制气作 为燃料，还需要提高阳极的抗硫化能力，而在阴极，镍溶解在电解质中，向阳极迁移，沉淀， 最后由于酸性溶解机理，可能造成电池短路。

专利申请号：CN201310287682.4公开了一种熔融碳酸盐燃料电池结构，相对于传统的熔 融碳酸盐燃料电池，其特点主要包括有序化隔膜和有序化电极。其特征在于所述的熔融碳酸 盐燃料电池，采用的隔膜和电极均具有有序化孔道结构，由于其本身具有有序的孔道结构， 在其启动过程中不再需要长时间的隔膜焙烧过程，大幅度减少了熔融碳酸盐燃料电池的首次 启动时间。同时，其隔膜和电极的有序化孔道结构有利于反应物和生成物的物质传输，减 少了传质极化，有利于电池性能的提高。该发明主要提供了一种熔融碳酸盐燃料电池的制作 方法，与本发明所述完全不同，本发明主要针对熔融碳酸盐燃料电池的性能增幅，如解决传 统熔融碳酸盐燃料电池阳极被硫化的问题，解决传统熔融碳酸盐阴极易发生酸性溶解腐蚀并 致使电池短路的问题，与上述发明的主要技术特征不同，解决的技术问题不同，因此，属于 不同的范畴。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有高耐久的军用燃料电池，该燃料 电池解决了传统燃料电池性能低下，效率慢的问题，避免了传统燃料电池阳极易被煤制气影 响，致使阳极被硫化的问题，避免传统阴极被酸性溶解导致电池短路的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具有高耐久力的军用燃料电池，包括 电解质隔膜、集流板以及设于电解质隔膜两侧的阳极和阴极，所述电解质隔膜为上隔膜、下 隔膜与多孔金属组合在一起的复合隔膜，位于上隔膜表面层和下隔膜表面层设有垂直于上隔 膜和下隔膜的通孔结构，所述通孔结构包括六方棒状和四方片状结构，所述阳极和所述阴极 设有与电解质隔膜相同的通孔结构，阳极的材料为Ni与Cr、Al形成的合金材料，位于阳极 表面包覆有一层Ni-Fe-Cr耐热合金，阴极由li和Ni的氧化物组成，所述集流板分别设于阳 极和阴极外，集流板为镍基合金钢制成，所述电解质隔膜与所述阳极和所述阴极之间依靠毛 细力实现平衡。

熔融碳酸盐燃料电池的核心部分即为电解质隔膜，所述电解质隔膜需要具备隔离电池阳 极与电池阴极的作用，同时还得作为碳酸盐电解质的载体，成为碳酸离子运动的通道。因此， 在本发明中，电解质隔膜的材料为LiAlO₂。不同结构的电解质隔膜，其性能也不相同，本发 明中包括有六方棒状通孔结构的电解质隔膜和四方片状通孔结构的电解质隔膜，在工作状态 下，不同通孔结构的电解质隔膜其化学反应的效率亦不相同。

优选地，电解质隔膜的厚度为0.3～0.6mm，孔隙率为60％～70％，平均通孔半径为0.25～ 0.8um，本发明的电解质隔膜采用小的通孔半径和大的孔隙率，使得电解质隔膜可承受阴极和 阳极的压力增大。

优选地，阳极的厚度为0.3～0.5mm，孔隙率为60％～70％，平均通孔半径为3～6um。

优选地，阴极的厚度为0.3～0.7mm，孔隙率为60％～70％，平均通孔半径为5～8um。

优选地，电解质隔膜材料包括表面呈六方棒状结构通孔和四方片状结构通孔的电解质隔 膜制备步骤，其具体如下：