[发明专利]一种金属燃料颗粒、金属燃料块及其电池

说明书

本发明公开了一种金属燃料颗粒、金属燃料块及其电池。该金属燃料颗粒的壳体内部设有腔室，所述腔室通过壳体上的开口与外界连通，所述壳体的粒径为5‑90μm且壳体上分布有直径1‑3μm的微孔气体通道。该金属燃料颗粒具有高比表面积，可以在粉末颗粒中形成有效的气体通道，提升电池动力学性能；中空结构使颗粒与气体反应只需要在表层即可，有效缩短了气体扩散路径，能够有效提高燃料的利用率，提升二次固体氧化物燃料电池的充放电效率；其制成的金属燃料块能够有效地加热且能够重复使用，能够在二次燃料电池运行时有效促进气体流动，提高二次燃料电池性能，能够防止金属粉末烧结成大颗粒，提高二次燃料电池的使用寿命。

技术领域

本发明属于二次燃料电池技术领域，具体涉及一种金属燃料颗粒、金属燃料块及其电池，该电池可作为固定用或汽车等移动体用的电源及携带用电源。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种高效、绿色的发电技术，可以作为分布式发电站和便携式移动电源，该技术是是解决环境污染的有效途径之一。

SOFC基本结构单元包括多孔的阴极材料和阳极材料以及致密的电解质。SOFC通常在高温(600℃)下工作，它的发电效率超过60％，是发电效率最高的燃料电池。

将SOFC与储氢材料结合起来构成可充放电的二次燃料电池是拓宽SOFC应用的重要方法。可充放电的固体氧化物燃料电池，使用金属及其氧化物作为燃料，由于高温下燃料会在使用过程中发生烧结，铁燃料比表面积降低，反应活性降低，电池容量降低。

现有技术中，在电池内部增加由难烧结性材料构成的三维有序层状多孔骨架，一方面可以将金属粉末互相隔开，防止金属粉末烧结成大的颗粒，另一方面还能够利用三维有序层状多孔骨架疏松多孔的特性，在大体量金属粉末中有效形成气体通道，促进气体在金属粉末中的扩散，从而有效提高电池性能。

但上述只是从块状燃料的层面进行的改进，且金属粉末作为烧结原料通常采用的是实心颗粒，只能通过减小颗粒的粒径增加其比表面积，进而一定程度上提升利用效率。但一味地减小粒径，无论从技术还是成本的角度考虑都是不妥的，若做成非实心的其他形状，又容易在烧结过程以及后续使用过程中燃料块的堵塞和塌陷，极大概率地影响燃料效率，得不偿失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种金属燃料颗粒、金属燃料块及其电池，通过球磨结合喷雾干燥的方法制备，并通过控制相应参数得到形态、孔隙率、比表面积优异且特殊形状的金属燃料颗粒，从源头层面解决了传统实心金属粉末比表面积低、其余形态金属粉末烧结过程中易塌陷等问题，进一步解决了二次固体氧化物燃料电池使用的燃料效率低下的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种金属燃料颗粒，包括壳体和腔室，所述腔室由壳体包围形成并通过壳体上的开口与外界连通，所述壳体的粒径为5-90μm 且壳体上分布有直径1-3μm的微孔气体通道。

在本发明一较佳实施例中，比表面积为8.7～12m²/g。

在本发明一较佳实施例中，所述壳体为设有开口的中空球状。

在本发明一较佳实施例中，所述壳体的组分按质量份包括3-10份的分散剂、3-12份的粘结剂、5-10份的纳米陶瓷粉体和100份的金属原料，所述金属原料包括高温下与水蒸气反应生成氢气的金属或金属氧化物。

在本发明一较佳实施例中，所述金属原料为粒度1-30nm的铁或氧化铁。

在本发明一较佳实施例中，所述纳米陶瓷粉体为粒度1-30nm的纳米级氧化锆氧化锆。

在本发明一较佳实施例中，所述分散剂为聚丙烯酸。

在本发明一较佳实施例中，所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。