[发明专利]一种可持续供料的熔盐电解质直接碳燃料电池装置

说明书

本发明公开了一种可持续供料的熔盐电解质直接碳燃料电池装置，包括密闭容器，密闭容器的顶部设置密封盖体，盛有电解质的电解质槽设置在密闭容器中；阳极及阴极进气导管贯穿密封盖体设置；阳极进气导管的下端与电池阳极连接，上端与阳极连接体连接，阳极连接体分别与阳极载气源连通及进料漏斗连接，进料漏斗内设有碳燃料；阴极进气导管的下端与电池阴极连接，上端通过阴极连接体连接与阳极气源连通；阳极尾气及阴极尾气分别从密闭容器中导出；本发明通过设置在阳极进气导管的上端设置阳极连接件，将进料漏斗连接在阳极连接件上，进料漏斗中的碳燃料通过阳极连接件进入直接碳燃料电池中，实现对碳燃料的持续供给，提高了碳燃料电池的适用范围。

技术领域

本发明属于电池技术领域，特别涉及一种可持续供料的熔盐电解质直接碳燃料电池装置。

背景技术

近年来，随着经济的高速发展，中国已经成为了煤炭净进口国；而煤炭的主要用途是作为一次能源被用于火力发电。由于煤炭燃烧发电属于热机过程，导致这种能源利用方式不仅能量效率有限，而且会产生并排放大量温室气体CO₂；因此，人们有必要研发煤炭高效清洁发电的新技术。

直接碳燃料电池是一种电化学能源技术，它以煤炭等碳燃料为能源，可通过电化学反应直接将碳的化学能转化为电能。由于过程中不涉及燃烧，不是热机过程，因此，该技术没有卡诺循环对效率上限的约束，理论上发电的能量转化效率可达到100％，这比现有火力发电的平均 30％的转化效率要高出许多，可以说是革命性的提高。此外，煤炭等碳燃料是固体，而电池反应的最终产物为CO₂气体，因此，直接碳燃料电池由于其自身的特点，十分有利于分离和捕集生成的CO₂，从而实现CO₂的减排甚至零排放的目标。

现有的直接碳燃料电池技术按照电解质的不同可分为三种：熔融氢氧化物型、氧离子导体陶瓷型和熔融碳酸盐型；其中，熔融氢氧化物型直接碳燃料电池中熔融氢氧化物在运行条件下对金属集流器的高腐蚀速率会导致电池性能很快衰退，不利于保持阳极的耐久性；氧离子导体陶瓷型直接碳燃料电池中氧离子导体陶瓷为固体，与同为固体的碳燃料接触的相界面太小，不利于阳极传质，因此电池性能不佳；相比于前两种，熔融碳酸盐直接碳燃料电池中使用锂钠钾三元共晶碳酸盐，熔盐中的锂和钾有助于降低阳极金属集电器的腐蚀，同时与固态碳燃料形成液-固相界面，阳极传质改善，因此利于实际应用；但现有技术中熔融碳酸盐直接碳燃料电池无法实现可持续供料，严重影响了熔盐电解质直接碳燃料电池的推广应用。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种可持续供料的熔盐电解质直接碳燃料电池装置，以解决现有技术中的熔盐电解质直接碳燃料电池无法实现持续供料的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种可持续供料的熔盐电解质直接碳燃料电池装置，包括密闭容器、密封盖体、电解质槽、阳极进气导管、阴极进气导管、电池阳极、电池阴极、阳极连接体、阴极连接体、阳极出气管、阴极出气管及进料漏斗；

密闭容器的顶部设置密封盖体，电解质槽设置在密闭容器中，电解质槽中盛装有熔盐电解质；阳极进气导管贯穿密封盖体设置，阳极进气导管的下端伸入熔盐电解质中，并与电池阳极连接；阳极进气导管的上端露出密封盖体后与阳极连接体连接，阳极连接体的第一端口与阳极载气源连通，阳极连接体的第二端口与进料漏斗的出口端连接，进料漏斗内设置有碳燃料；

阴极进气导管贯穿密封盖体设置，阴极进气导管的下端伸入熔盐电解质中，并与电池阴极连接；阴极进气导管的上端露出密封盖体后与阴极连接体连接，阴极连接体与阴极气源连通；阳极尾气通过阳极出气管从密闭容器中导出，阴极尾气通过阴极出气管从密闭容器中导出。

进一步的，熔盐电解质采用锂钠钾三元共晶碳酸盐。

进一步的，锂钠钾三元共晶碳酸盐的制备方法为：