[发明专利]一种二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池阳极材料

说明书

技术领域：

本发明属于新型燃料电池及化工生产节能技术领域，具体涉及二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池的制备。

背景技术：

化学工业是高耗能产业，如何采用先进技术降低化工生产的能耗是我国化工研究的核心问题之一。硫酸是一种用途极为广泛的化工产品，我国主要采用焙烧硫铁矿的方法来生产硫酸，这种传统的硫酸生产工艺在用O₂氧化SO₂成SO₃过程中，需要采用以五氧化二钒为主体的钒催化剂，而且要保证425～600℃的操作温度。

SO_2(g)+1/2O_2(g)＝SO_3(g)   Δ_rG_m^θ(298K)＝-71kJ/mol

上述反应如在电池装置中进行，化学能可转换为电能。专利(CN1805195A)提出了以硫磺为原料，用固体氧化物燃料电池为硫酸合成器的方法，实现硫酸生产、化学发电和环境保护三位一体的结合，预计每年可发电300亿度。专利(CN1812184A)提出了以二氧化硫为原料，采用质子交换膜燃料电池为硫酸合成器，使硫酸工业化生产和化学发电结合起来。专利(ZL200810022243.X)提出了NiO为二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池阳极材料，输出电压可达0.17V。继续研发二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池阳极材料中催化性能更加优越的阳极材料，是完善二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池阳极材料性能的重要步骤。

发明内容：

二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池是在氢氧固体氧化物燃料电池的基础上改造而成。二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池是采用二氧化硫为燃料，产物为三氧化硫。二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池的关键技术是电池的阳极制备，本发明所提供的硫氧固体氧化物燃料电池的阳极材料是CoCO₃或者Co₃O₄。

二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池阳极浆料制备步骤为：取小于200目CoCO₃或者Co₃O₄粉，按照质量比为20％加入400-600目5-8％(摩尔百分比)Y₂O₃稳定的ZrO₂(YSZ)粉体，加入3％的聚乙烯醇缩丁醛为粘结剂，10％的乙基纤维素为增孔剂，经球磨10小时后，70℃烘干，分散在松油醇中为CoCO₃或者Co₃O₄阳极浆料。

二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池阴极浆料制备步骤为：按照La_0.7Sr_0.3MnO₃化学计量比称取La₂O₃、SrCO₃和MnCO₃研磨，压片，经1200℃焙烧后再研磨成粉，取360目筛下粉加入3％的聚乙烯醇缩丁醛为粘结剂，10％的乙基纤维素为增孔剂，经球磨10h后，70℃烘干，分散在松油醇中为La_0.7Sr_0.3MnO₃阴极浆料。

二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池的固体电解质采用400-600目5-8％(摩尔百分比)Y₂O₃稳定的ZrO₂(YSZ)粉体压片，经1400℃焙烧后，在固体电解质片基的一面上涂敷La_0.7Sr_0.3MnO₃阴极浆料，另一面上涂敷CoCO₃或者Co₃O₄阳极浆料，涂敷后的片基经1400℃焙烧。二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池的阴极通入空气，流速300-700cm³/min；阳极通二氧化硫，分压为100-120kPa，流速70-200cm³/min，电池反应产物为三氧化硫气体。该电池工作温度为500-700℃。

二氧化硫-空气固体氧化物燃料电池阳极出口气体冷却后经稀硫酸吸收SO₃生成浓硫酸产品。未反应完全而残留的SO₂气体不能被稀硫酸所吸收而与SO₃分离，并返回阳极重新参加反应。

具体实施方式：

实例1