[发明专利]一种硼燃料电池及制造方法

说明书

本发明涉及一种硼燃料电池及制造方法，硼燃料电池包括依次层叠连接的多孔阴极板(2)、阴极催化剂层(3)、固态氧化物电解质层(4)、阳极催化剂层(5)和多孔阳极板(6)，所述的固态氧化物电解质层(4)为硼酸盐和固态氧化物混合的双电解质层。与现有技术相比，本发明采用高能量密度的硼单质为燃料，结合燃料电池的高转化率，可达到较高的能量输出；采用硼酸盐和固态氧化物结合的双电解质，可提高电解质和燃料硼粉的有效结合面积，提高转化效率。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池，尤其是涉及一种硼燃料电池及制造方法。

背景技术

燃料电池是将燃料中化学能转化为电能的装置，主要的优点是具有高转化效率，可达50-80％，理论上可达100％，主要用于交通领域、固定式发电站和便携式电源领域，目前以燃料电池为核心动力源的汽车已研发出来。燃料电池的能量输出除了与其转化效率有关，更取决于选用燃料的能量密度。相同转化效率的燃料电池，燃料的能量密度越大，其能量输出则越大。燃料电池的燃料来源十分广泛，主要包括碳类，醇类及氢气等，其中氢气的能量密度最大，可达142MJ/kg，但氢气的可燃范围4-75％，爆炸范围18-59％，安全可靠性较差，目前还没有找到一种可广为接受的解决方法，限制了这种高能量密度燃料的应用。碳类燃料主要包括石墨、炭黑、煤炭等，这种燃料安全可靠性高，但是能量密度低，如煤炭的能量密度只有16.8MJ/kg左右。醇类物质的能量密度比煤炭略高，如甲醇能量密度为21.6MJ/kg左右，乙醇的能量密度则为29.7MJ/kg左右。而硼的能量密度为58.28MJ/kg，是能量密度仅次于氢气的非金属单质，是固体贫氧推进剂研究领域最有前途的高能金属燃料组分之一，是含硼贫氧推进剂的主要能量来源，但是其作为燃料在燃料电池领域却没有得到应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种硼燃料电池及制造方法，充分利用燃料电池高转化效率以获得高功率输出。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种硼燃料电池，包括依次层叠连接的多孔阴极板、阴极催化剂层、固态氧化物电解质层、阳极催化剂层和多孔阳极板，所述的固态氧化物电解质层为硼酸盐和固态氧化物混合的双电解质层。

还包括多孔阴极板外侧的阴极集流网和多孔阳极板外侧的阳极集流网。

所述的多孔阴极板、阴极催化剂层、固态氧化物电解质层、阳极催化剂层和多孔阳极板位于陶瓷管内部。

所述的多孔阳极板为多孔NiO-YSZ平板。

所述的多孔阴极板为多孔La_0.85Sr_0.15MnO₃平板。

还包括与多孔阴极板连接的阴极引线和与多孔阳极板连接的阳极引线。

所述的多孔阳极板上，采用离子束气相沉积或电子束气相沉积的方法沉积YSZ形成电解质层，其组织结构为柱状。

所述的硼酸盐中含有硼酸钠、硼酸钾和三氧化二铝。

所述的硼酸盐组分如下：硼酸钠46-62wt％，硼酸钾18-32wt％，三氧化二铝6-36wt％。

一种所述的硼燃料电池的制造方法，包括以下步骤：

1)将多孔阴极板、阴极催化剂层、固态氧化物电解质层、阳极催化剂层和多孔阳极板依次叠放于陶瓷管内，并分别在多孔阴极板和多孔阳极板外侧安放极集流网和阳极集流网，引出阴极引线和阳极引线；

2)在阳极集流网外侧放置硼粉层，硼粉层外放置硼酸盐层，完成燃料电池的组装；