[发明专利]一种阴极支撑型直接碳燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种直接碳燃料电池，具体说，是涉及一种阴极支撑型直接碳燃料电池，属于燃料电池技术领域。

背景技术

近年来，随着经济的发展，我国能源的短缺问题日益严重。目前，我国发电总量的68％是通过煤炭发电，引发了严重的环境问题。因此如何绿色、高效地利用煤炭资源成为当务之急。直接碳燃料电池(DCFC)是采用固体碳作为燃料，将化学能直接转化为电能的装置，理论效率最高可达100％；同时，反应产物经简易处理，即得高浓度的CO₂，大大降低了处理该温室效应气体的富集成本。因此，直接碳燃料电池受到越来越多的关注。

Thomas A.Edison在1891年做了DCFC的第一个尝试，以熔融的氧化物、盐或者它们的混合物作为电解质，以促进碳在高温反应；William W.Jacques在1896年采用钠、钾氢氧化物作为电解质进行DCFC的发电实验，这两个实验都因为电解质的消耗与失活而没有得到实际的应用。20世纪初热机的发展及其效率的提高，使得DCFC的发展暂停。直到20世纪70年代中期，Vutetakis用熔融碳酸盐作电解质尝试DCFC后，DCFC的研究才又重新开始。近来，Scientific Applications and Research Associates(SARA)公司也采用熔融氢氧化物为电解质制备出四代DCFC装置，其最大输出功率密度可达120～180mW/cm²。然而，上述这些DCFC都是采用熔融碳酸盐或者熔融氢氧化物作为电解质，而这两种DCFC燃料颗粒直接进入电解质，使得燃料中的灰分等杂质影响了电池的性能；同时，该两类电池存在电解质挥发、腐蚀、泄漏等安全隐患。因此，基于固体氧化物电解质的直接碳燃料电池成为技术途径的首选。

中国科学院上海硅酸盐研究所刘仁柱、王绍荣等人于2009年申请了专利“一种固体电解质直接碳燃料电池”，公开号为CN101540411；该发明介绍了一种固体氧化物电解质的DCFC；其电池以阳极(燃料极)作为支撑体，在其外侧依次浸渍电解质层、阴极层后共烧而成。该发明设计是以燃料极作为支撑层，这就给燃料催化层的制备增加了难度，且燃料极的多样性受到了限制；此外，燃料通过电池运行后再进行灌装，燃料供应量少，且不易操作和不能实现燃料的连续供给，不利于商业化运用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可操作性强、且具有优异的电化学性能的阴极支撑型直接碳燃料电池，以满足制备的直接碳燃料电池具有能量效率高、操作简单、燃料能连续供给及危险系数小等优点。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种阴极支撑型直接碳燃料电池，包括阳极层、电解质层、阴极活性层、阴极支撑层，其特征在于：还包括燃料仓、阳极侧集电层、阴极侧集电层、碳燃料输入管、载气输出管、载气进气管、氧气或空气进气管、碳燃料层、多孔陶瓷层，所述的阳极侧集电层、阳极层、电解质层、阴极活性层、阴极支撑层及阴极侧集电层依次由外至内集成电池置在燃料仓中，且所述的阳极侧集电层、碳燃料层及多孔陶瓷层依次自上至下叠置在燃料仓中；所述的碳燃料输入管的一端设在电池外，其另一端设在碳燃料层的顶端并与碳燃料层相连通；所述的载气进气管的一端设在电池外，其另一端与电池底部的多孔陶瓷层相连通；所述的载气输出管的一端设在电池外，其另一端设在碳燃料层的中部并与碳燃料层相连通；所述的氧气或空气进气管的一端设在电池外，其另一端设在阴极侧集电层内。

所述的阳极层推荐为氧化镍(NiO)、氧化铈(CeO₂)、氧化铜(CuO)、氧化钇掺杂的钛酸锶(YST)、氧化钪掺杂的钛酸锶(SST)、氧化锶掺杂的铬锰酸镧(LSCM)中的一种或二种以上与氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、氧化钪稳定的氧化锆(SSZ)、氧化钆掺杂的氧化铈(GDC)、氧化钐掺杂的氧化铈(SDC)、氧化钇掺杂的氧化铈(YDC)、氧化锶和氧化镁分别掺杂镧位和镓位的镓酸镧(LSGM)、钡掺杂的硅酸镧(LBSO)、铝掺杂的硅酸镧(LSAO)中的一种或二种以上形成的复合材料。

所述的电解质层推荐为氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、氧化钪稳定的氧化锆(SSZ)、氧化钆掺杂的氧化铈(GDC)、氧化钐掺杂的氧化铈(SDC)、氧化钇掺杂的氧化铈(YDC)、氧化锶和氧化镁分别掺杂镧位和镓位的镓酸镧(LSGM)、钡掺杂的硅酸镧(LBSO)、铝掺杂的硅酸镧(LSAO)中的一种或二种以上的混合物。