專利名稱：生物質(zhì)氣固體氧化物燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物質(zhì)氣固體氧化物燃料電池領(lǐng)域，特別是涉及一種陽極不易積碳的生物質(zhì)氣固體氧化物燃料電池。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池(SOFC)是繼磷酸鹽燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池 (MCFC)之后的第三代燃料電池，其工作溫度一般在600-1000°C左右，電動(dòng)勢來源于電池兩側(cè)不同的氧分壓。其單體電池是由正負(fù)兩個(gè)電極(負(fù)極為燃料電極，正極為氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。陽極、陰極的主要作用是導(dǎo)通電子和提供反應(yīng)氣體、產(chǎn)物氣體的擴(kuò)散通道。 固體電解質(zhì)將兩側(cè)的氣體分隔開來，由于兩側(cè)氧分壓的不同，產(chǎn)生了氧的化學(xué)位梯度，在該化學(xué)位梯度的作用下，在陰極獲得電子的氧離子(02-)經(jīng)固體電解質(zhì)向陽極運(yùn)動(dòng)，在陽極釋放出電子，從而在兩極形成電壓。從原理上講，固體氧化物燃料電池是最理想的燃料電池之一，因?yàn)樗粌H具有其他燃料電池的高效與環(huán)境友好等特點(diǎn)，還具備如下優(yōu)點(diǎn)(1)運(yùn)行溫度高(一般為800-1000°C)，陰、陽極的化學(xué)反應(yīng)速率大，并接近于熱力學(xué)平衡，電極處的極化阻抗小，可以通過大的電流密度，不需要貴重的催化劑；(2)由于固體氧化物電解質(zhì)的透氣性很低，電子電導(dǎo)率低，開路時(shí)電壓可以達(dá)到理論值的96% ；(3)由于SOFC運(yùn)行溫度高，便于利用高溫廢氣，可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，燃料利用率高；(4)全固體結(jié)構(gòu)，避免了液態(tài)電解質(zhì)對(duì)材料的腐蝕，解決了電解液的控制問題；(5)氧化物電解質(zhì)很穩(wěn)定，抗毒性好。電極有相對(duì)較強(qiáng)的抗污染能力；(6)可使用多種燃料，包括直接使用碳?xì)浠衔铮?7)不要求外圍設(shè)備條件，諸如不需要濕度控制、空氣調(diào)節(jié)等。傳統(tǒng)的燃料電池都是以Ni基為陽極，大部分是以H2為燃料的，既使用碳?xì)淙剂弦彩墙?jīng)過重整產(chǎn)出H2再喂入電池，這不但危險(xiǎn)，而且提高了電池的制造和運(yùn)作費(fèi)用。目前對(duì)電池內(nèi)部進(jìn)行重整，由碳?xì)淙剂洗呋磻?yīng)出H2和C0，H2、C0再與由陰極擴(kuò)散來的02電化學(xué)反應(yīng)并放出電子。內(nèi)部重整又對(duì)電池陽極提出了新的要求，早期的Ni基陽極由于Ni會(huì)參與碳沉積反應(yīng)(如甲烷的熱解)，即碳與Ni生成金屬間化合物，隨著碳的進(jìn)一步沉積生長損壞電池。為了解決碳的沉積對(duì)電池的損害，可以通過兩種途徑解決一是改變操作條件以減小影響；二是尋找其他的陽極替代Ni基陽極。在改變操作條件方面發(fā)現(xiàn)，對(duì)水蒸汽內(nèi)部重整來說只要C/H比維持到一定比例就不會(huì)有碳的沉積。雖然如此，這又帶來一些問題，比如說如何保證這個(gè)比例始終在這個(gè)范圍之內(nèi)，即使能操作，設(shè)備費(fèi)用也相對(duì)增加，而且水蒸氣含量太高燃料效率下降，電池性能下降。在尋找Ni基陽極的替代陽極方面，有兩種方案 一是復(fù)合氧化物陽極，如(Ba/Sr/Ca/La)0. 6MxNbl-x03- δ陽極；二是其他金屬基氧化物陽極，如CuO基陽極。但是CuO的熔點(diǎn)只有1148°C，如果燒結(jié)溫度高于此溫度CuO成液態(tài)，而CN 102544561 A該溫度下電解質(zhì)還沒燒結(jié)致密，故擴(kuò)散較快。如果Cu擴(kuò)散進(jìn)入電解質(zhì)，還原后電解質(zhì)有電子導(dǎo)電性，這就等于電池內(nèi)部短路，電池失效。由于CuO的低熔點(diǎn)，使CuO和電解質(zhì)很難共
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種生物質(zhì)氣固體氧化物燃料電池，能夠有效的防止陽極積碳，并且選用的陽極材料熔點(diǎn)較高，避免了因陽極材料擴(kuò)散到電解質(zhì)內(nèi)導(dǎo)致電池失效的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種生物質(zhì)氣固體氧化物燃料電池，包括正負(fù)兩個(gè)多孔的電極及兩電極之間的導(dǎo)電電解質(zhì)層，所述陽極為燃料電極，所述陰極為空氣電極，，所述陽極采用錳基氧化物材料。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述錳基氧化物材料熔點(diǎn)高于電解質(zhì)燒結(jié)溫度。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述電極與電解質(zhì)界面含有氧化鈾中間導(dǎo)電層，印刷在電解質(zhì)薄板上，厚度小于10mm。本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明陽極選用錳基氧化物材料，熔點(diǎn)較高，可以與電解質(zhì)共燒，避免了因陽極材料熔點(diǎn)低于燒結(jié)溫度，快速擴(kuò)散進(jìn)電解質(zhì)，導(dǎo)致還原后電池內(nèi)部短路，進(jìn)而電池失效的問題。(2)該陽極材料對(duì)生物質(zhì)氣水蒸氣內(nèi)部重整具有良好的催化作用，有效的防止了陽極積碳。
圖1是本發(fā)明生物質(zhì)氣固體氧化物燃料電池一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖中各部件的標(biāo)記如下1、陽極，2、電解質(zhì)層，3、陰極，4、中間導(dǎo)電層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例包括正負(fù)兩個(gè)多孔的電極及兩電極之間的導(dǎo)電電解質(zhì)層2，陽極1為燃料電極，陰極3為空氣電極，陽極1采用錳基氧化物材料。進(jìn)一步，錳基氧化物材料熔點(diǎn)高于電解質(zhì)燒結(jié)溫度，使得陽極1材料可以和電解質(zhì)2共燒，避免了因陽極1材料低于電解質(zhì)2燒結(jié)溫度擴(kuò)散進(jìn)電解質(zhì)2中導(dǎo)致電池失效的問題。進(jìn)一步，電極與電解質(zhì)2界面含有氧化鈾中間導(dǎo)電層4，該層導(dǎo)體從含有氧化鈾和氧化釔的懸浮物中提取，印刷在電解質(zhì)薄板上，厚度小于10mm。此混合導(dǎo)體層表面的任何一點(diǎn)均可為電化學(xué)反應(yīng)提供必要的條件，使三相反應(yīng)點(diǎn)大大增加，減少界面電阻。降低了電池的激活能，使電池在低溫下的性能得到了明顯改善。區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明陽極1材料選用錳基氧化物代替CuO基氧化物，熔點(diǎn)高于電解質(zhì)的燒結(jié)溫度，使得電解質(zhì)2和陽極1材料可以進(jìn)行共燒，提高了燃料電池的使用壽命，并且有效的防止了陽極1積碳問題。 以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)氣固體氧化物燃料電池，包括陰陽兩個(gè)多孔的電極及兩電極之間的導(dǎo)電電解質(zhì)層，所述陽極為燃料電極，所述陰極為空氣電極，其特征在于，所述陽極采用錳基氧化物材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣固體氧化物燃料電池，其特征在于，所述錳基氧化物材料熔點(diǎn)高于電解質(zhì)燒結(jié)溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣固體氧化物燃料電池，其特征在于，所述電極與電解質(zhì)界面含有氧化鈾中間導(dǎo)電層，印刷在電解質(zhì)薄板上，厚度小于10mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)氣固體氧化物燃料電池，包括正負(fù)兩個(gè)多孔的電極及兩電極之間的導(dǎo)電電解質(zhì)層，負(fù)極為燃料電極，正極為氧化劑電極，陽極采用錳基氧化物材料代替CuO基氧化物。通過上述方式，本發(fā)明能夠有效的防止陽極積碳，并且選用的陽極材料熔點(diǎn)較高，避免了因陽極材料擴(kuò)散到電解質(zhì)內(nèi)導(dǎo)致電池失效的問題。
文檔編號(hào)H01M4/86GK102544561SQ20121006099
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者郭豐亮 申請(qǐng)人:郭豐亮