[发明专利]一种无粘结剂的熔融碳酸盐燃料电池电解质膜及其制备方法

说明书

本发明公开的一种无粘结剂的熔融碳酸盐燃料电池电解质膜及其制备方法，属于燃料电池技术领域。首先称取一定量的Li₂CO₃和K₂CO粉末，或Li₂CO₃和Na₂CO₃粉末作为电解质粉末；然后将称得的电解质粉末与有机溶剂混合后进行球磨，得到电解质浆料；再将电解质浆料抽真空，流延成型；最后干燥并进行裁切，得到电解质膜。该方法能够实现电池堆组装中电解质膜中不添加粘结剂，电解质熔融后直接充满隔膜载体，能够降低电解质在高温条件下的损失，提高电池性能和寿命，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种无粘结剂的熔融碳酸盐燃料电池电解质膜及其制备方法。

背景技术

熔融碳酸盐燃料电池((Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC)是一种工作于650℃的高温燃料电池，具有不需要贵金属作催化剂、燃料来源广、噪音低、污染物基本达到近零排放、发电效率高、可实现热电联供等优点，适合于百千瓦级至兆瓦级分布式电站或固定电站，具有良好的发展前景。

熔融碳酸盐燃料电池工作在650℃下，MCFC的结构可以分为阴极、电解质以及阳极三部分，其中电解质为熔融的碳酸盐。MCFC的电解质体系由多孔的隔膜载体和碳酸盐构成，熔融的碳酸盐电解质依靠毛细作用力全部充满电解质隔膜的孔隙，碳酸盐电解质被固定在隔膜载体内形成电解质层。电解质层中的碳酸根离子导体具有良好的离子导电性能，又能够阻挡阴阳极气体通过，其塑性可用于电池的气体密封，防止气体外泄，即所谓“湿密封”。

碳酸盐电解质在MCFC组装过程中必须充填在单电池中。电解质通常是预填充在阴极和/或阳极气室内，随着电池温度的升高而缓慢熔融，并在电解质隔膜的毛细管力作用下浸入电解质隔膜中的微孔内。这样处理存在以下问题：电解质在未熔融前会影响流场内气体的分布，影响隔膜内有机物的燃烧和燃烧产物的挥发；电解质很可能会被气体挟带进入管路，堵塞管路。如果能用类似制备隔膜的方法将碳酸盐做成盐膜，将有助于解决电解质管理的问题。首先，薄膜状的盐膜不会堵塞流场造成气体分布不均；其次，盐膜与电解质隔膜的接触会有所改善，可促进电解质更好地分布在电解质隔膜内。因此，碳酸盐电解质膜的制备方法是影响MCFC性能的重要因素。碳酸盐电解质膜的制备方法大多采用将碳酸盐电解质与有机溶剂、粘结剂、增塑剂、消泡剂等混合球磨一定时间，通过流延方法制备而成。采用有机溶剂和粘结剂能够得到较为完整的电解质膜，但加入的高分子粘结剂很难在MCFC升温过程中完全分解，未分解的粘结剂会在单电池中产生积碳现象，影响MCFC性能。专利CN200710041712.8采用水作为溶剂将LiAlO₂和碳酸盐电解质混合球磨制备的一体化电解质膜因无粘结剂结构松散强度很低，组装过程中较大的组装压力会将一体膜压裂，直接导致隔膜窜气和漏气，性能很差甚至阴阳极短路造成直接燃烧。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种无粘结剂的熔融碳酸盐燃料电池电解质膜及其制备方法，能够实现电池堆组装中电解质膜中不添加粘结剂，电解质熔融后直接充满隔膜载体，能够降低电解质在高温条件下的损失，提高电池性能和寿命。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种无粘结剂的熔融碳酸盐燃料电池电解质膜，包括以下步骤：

S1：称取摩尔比为62：38的Li₂CO₃和K₂CO粉末，或摩尔比为52：48的Li₂CO₃和Na₂CO₃粉末作为电解质粉末；

S2：将S1称得的电解质粉末与有机溶剂混合后进行球磨，得到电解质浆料；

S3：将S2得到的电解质浆料抽真空，在25～45℃下进行流延成型；