專利名稱：一種提高炭粉在熔融碳酸鹽電解質(zhì)中分散性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電池的制作方法，具體地說是一種提高電池的性能的方法。(二) 背景技術(shù)燃料電池是一種通過電化學(xué)反應(yīng)直接將燃料中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn) 變?yōu)殡娔艿木G色能量轉(zhuǎn)換裝置，可同時解決節(jié)能和環(huán)保兩大世界難題。熔融碳酸 鹽型直接炭燃料電池(MCDCFC)是以固體炭粉為燃料，熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，在 高溫下通過炭的直接電氧化反應(yīng)將炭中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成為電能，其理論能量轉(zhuǎn)化 效率可達(dá)100%，廢氣排放量只有傳統(tǒng)燃煤發(fā)電的十分之一，且固體炭燃料來源 豐富、價格低廉，因此MCDCFC比以天然氣等為燃料的熔融碳酸鹽燃料電池和 傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電具有更大的節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。以固體炭直接作為燃料的熔 融碳酸鹽型燃料電池的反應(yīng)原理示意如下陽極C + 2C032- — 3C02 + 4e-陰極02 + 2C02 + 4e- —2CO,總反應(yīng)C + 02 —2C02目前MCDCFC中炭粉與碳酸鹽的混合采用機(jī)械等方式，這種混合方法炭在 熔鹽中的分散性能差，導(dǎo)致炭粉與電解質(zhì)的接觸差，不僅炭的電化學(xué)氧化活性低， 而且炭的利用率也低。這是由于炭是非親水性的，對于極性的溶劑親和力低， COf難以同炭表面進(jìn)行有效地接觸，炭與碳酸鹽分層，不利于(l)式的反應(yīng)，導(dǎo) 致炭的電化學(xué)活性較小。這種技術(shù)方案在下述文獻(xiàn)中已有公開報道CherepyN J, Krueger R， Fiet K J, et al. Direct conversion of carbon fuels in a molten carbonate ftiel cell. Journal of the electrochemical society, 2005,152 (1): A80隱A87，以及Cao Dian隱Xue, Sun Yong, Wang Gui-Ling. Direct carbon fuel cell: Fundamentals and recent developments. Journal of Power Sources, 2007,167:250—257。(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可以克服機(jī)械混合法炭在熔融碳酸鹽中分散性和接觸性能差，炭與碳酸鹽分層等缺點，解決MCDCFC炭陽極放電電流小的問 題的提高炭粉在熔融碳酸鹽電解質(zhì)中分散性能的方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的用水溶解K2CCb和Li2C03,其比例為(28 36):(72 64)，加入炭粉，使K2C03和Li2C03溶液完全浸沒炭粉，攪拌成糊狀， 在70 95'C蒸發(fā)結(jié)晶，得到炭粉和熔融碳酸鹽的混合物。本發(fā)明還可以包括所述的炭粉是松木制備的炭粉、煤制備的炭粉、玉米秸制備的炭粉、煙道灰 制備的炭粉、石油制備的炭粉、由聚乙烯粉等有機(jī)物熱解制成的炭粉或石墨粉中 的一種。本發(fā)明提出一種用結(jié)晶法提高熔融碳酸鹽直接炭燃料電池(MCDCFC)中陽 極炭在熔融碳酸鹽中分散接觸性能的方法。該方法克服了機(jī)械混合法炭在熔融碳 酸鹽中分散性和接觸性能差，炭與碳酸鹽分層等缺點，解決了MCDCFC炭陽極 放電電流小的問題。其特征在于首先將炭粉分散在碳酸鹽水溶液中，然后蒸發(fā)濃 縮，使碳酸鹽在炭粒微孔及表面結(jié)晶，從而增大炭與碳酸鹽接觸面積，提高了炭 的反應(yīng)活性。本發(fā)明的實質(zhì)是通過預(yù)處理，使碳酸鹽在炭粒微孔及表面結(jié)晶，增 大炭與碳酸鹽接觸面積，碳酸鹽熔融后更易進(jìn)入炭的孔道，提高了炭陽極的放電 性能。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用結(jié)晶法混合MCDCFC的炭和碳酸鹽，結(jié)晶法能使碳 酸鹽進(jìn)入到炭的微孔中，與炭充分接觸，碳酸鹽熔融后，降低了炭的表面張力， 有利于吸引溶液中的陰離子，減小了炭的疏水性。因而能顯著提高以炭粉為燃料 的MCDCFC的性能。
具體實施方式
下面舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述實施例1用水溶解K2C03和Li2C03，其比例為32:68，加入松木制備的炭粉，使K2C03 和Li2C03溶液完全浸沒炭粉，攪拌成糊狀，蒸發(fā)結(jié)晶，得到炭粉和熔融碳酸鹽 的混合物。以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm 02/C02=l:2 為氧化劑，Y-LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在700'C， 0.78V電 壓下，電流密度達(dá)104mA/cm2，對應(yīng)功率密度達(dá)81mW/cm2。實施例2用水溶解K2C03和Li2C03，其比例為32:68,加入煤制備的炭粉，使K2C03 和Li2C03溶液完全浸沒炭粉，攪拌成糊狀，蒸發(fā)結(jié)晶，得到炭粉和熔融碳酸鹽 的混合物。以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm 02/C02=l:2 為氧化劑，Y-LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在700°C， 0.8V電 壓下，電流密度達(dá)110mA/cm2，對應(yīng)功率密度達(dá)88mW/cm2。實施例3用水溶解K2C03和Li2C03，其比例為32:68，加入玉米秸制備的炭粉，使 K2C03和Li2C03溶液完全浸沒炭粉，攪拌成糊狀，蒸發(fā)結(jié)晶，得到炭粉和熔融碳 酸鹽的混合物。以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm 02/0)2=1:2為氧化劑，？LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在700'C, 0.8V電壓下，電流密度達(dá)115mA/cm2，對應(yīng)功率密度達(dá)92mW/cm2。實施例4用水溶解K2C03和LbC03，其比例為32:68，加入煙道灰，使K2CO^(3Li2C03 溶液完全浸沒炭粉，攪拌成糊狀，蒸發(fā)結(jié)晶，得到炭粉和熔融碳酸鹽的混合物。 以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm 02/(202=1:2為氧化劑， LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在700'C， 0.8V電壓下，電流密 度達(dá)75mA/cm2，對應(yīng)功率密度達(dá)60mW/cm2。實施例5用水溶解K2C03和Li2C03，其比例為32:68，加入石油制備的炭粉，使K2C03 和Li2C03溶液完全浸沒炭粉，攪拌成糊狀，蒸發(fā)結(jié)晶，得到炭粉和熔融碳酸鹽的 混合物。以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm02/COfl:2為 氧化劑，Y-LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在700'C， 0.8V電壓下， 電流密度達(dá)120mA/cm2，對應(yīng)功率密度達(dá)96mW/cm2。實施例6用水溶解K2C03和LbC03，其比例為32:68，加入聚乙烯粉，使K2CO^[l Li2C03溶液完全浸沒炭粉，攪拌成糊狀，蒸發(fā)結(jié)晶，得到炭粉和熔融碳酸鹽的混 合物。以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm02/C02-l:2為氧 化劑，？LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在70(TC， 0.8V電壓下，電流密度達(dá)115mA/cm2，對應(yīng)功率密度達(dá)92mW/cm2。 實施例7用水溶解K2C03和Li2C03，其比例為32:68，加入石墨粉，使K2CO^nLi2C03 溶液完全浸沒炭粉，攪拌成糊狀，蒸發(fā)結(jié)晶，得到炭粉和熔融碳酸鹽的混合物。 以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm 02/032=1:2為氧化劑， ，LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在700'C， 0.8V電壓下，電流密 度達(dá)85mA/cm2，對應(yīng)功率密度達(dá)68mW/cm2。
權(quán)利要求
1、一種提高炭粉在熔融碳酸鹽電解質(zhì)中分散性能的方法，其特征是用水溶解K2CO3和Li2CO3，其比例為(28～36)∶(72～64)，加入炭粉，使K2CO3和Li2CO3溶液完全浸沒炭粉，攪拌成糊狀，在70～95℃蒸發(fā)結(jié)晶，得到炭粉和熔融碳酸鹽的混合物。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高炭粉在熔融碳酸鹽電解質(zhì)中分散性能的 方法，其特征是所述的炭粉是松木制備的炭粉、煤制備的炭粉、玉米秸制備 的炭粉、煙道灰制備的炭粉、石油制備的炭粉、由聚乙烯粉類有機(jī)物熱解制成 的炭粉或石墨粉中的一種。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種提高炭粉在熔融碳酸鹽電解質(zhì)中分散性能的方法。用水溶解K₂CO₃和Li₂CO₃，其比例為32∶68，加入炭粉，使K₂CO₃和Li₂CO₃溶液完全浸沒炭粉，攪拌成糊狀，蒸發(fā)結(jié)晶，得到炭粉和熔融碳酸鹽的混合物。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用結(jié)晶法混合MCDCFC的炭和碳酸鹽，結(jié)晶法能使碳酸鹽進(jìn)入到炭的微孔中，與炭充分接觸，碳酸鹽熔融后，降低了炭的表面張力，有利于吸引溶液中的陰離子，減小了炭的疏水性。因而能顯著提高以炭粉為燃料的MCDCFC的性能。
文檔編號H01M4/88GK101237062SQ200810063948
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者呂艷卓, 曹殿學(xué), 靜 王, 王貴領(lǐng) 申請人:哈爾濱工程大學(xué)