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
技術領域：
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) 背景技術燃料電池是一種通過電化學反應直接將燃料中的化學能高效、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將炭中的化學能轉(zhuǎn)化成為電能，其理論能量轉(zhuǎn)化 效率可達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原理示意如下陽極C + 2C032- — 3C02 + 4e-陰極02 + 2C02 + 4e- —2CO,總反應C + 02 —2C02目前MCDCFC中炭粉與碳酸鹽的混合采用機械等方式，這種混合方法炭在 熔鹽中的分散性能差，導致炭粉與電解質(zhì)的接觸差，不僅炭的電化學氧化活性低， 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難以同炭表面進行有效地接觸，炭與碳酸鹽分層，不利于(l)式的反應，導 致炭的電化學活性較小。這種技術方案在下述文獻中已有公開報道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 的反應活性。本發(fā)明的實質(zhì)是通過預處理，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104mA/cm2，對應功率密度達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110mA/cm2，對應功率密度達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115mA/cm2，對應功率密度達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75mA/cm2，對應功率密度達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120mA/cm2，對應功率密度達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115mA/cm2，對應功率密度達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85mA/cm2，對應功率密度達68mW/cm2。
權利要求
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)先權日2008年1月30日
發(fā)明者呂艷卓, 曹殿學, 靜 王, 王貴領 申請人:哈爾濱工程大學