[发明专利]一种提高碳电氧化性能的低温催化熔盐电解质

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种直接碳燃料电池的电解质体系。

背景技术

直接碳燃料电池(DCFC)是一种以固体碳（如煤）直接做燃料的特殊类型的燃料电池，它通过碳在阳极的电化学氧化和氧气在阴极的电化学还原来实现发电。DCFC作为一种电化学发电方式，突破了传统火力发电受热机效率的限制，同时在这种煤电转化过程中不经过碳的燃烧反应，因此，直接碳燃料电池具有能量转化效率高和污染物排放少的突出优点。首先，DCFC的理论效率为100%，实际电效率也能达到80%以上。其次，DCFC污染物排放少，而且排放的废气为纯度很高的CO₂，容易实现CO₂的分离回收利用。另外，直接碳燃料电池的燃料来源广泛而且丰富廉价，包括煤、石油、天然气、甚至是生物质燃料和有机垃圾等，可以避免其他燃料电池受制于燃料来源限制的问题。对于熔融碳酸盐型直接碳燃料电池，其基本反应原理如下：

阳极反应：C+2CO₃²-=3CO₂+4e^-    (1)

阴极反应：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-    (2)

总反应：C+O₂=CO₂    (3)

决定直接碳燃料电池性能的关键因素是碳阳极的电化学氧化反应性能。目前研究人员对碳阳极电化学氧化性能进行了大量的研究。他们主要是从提高碳阳极的活性入手，如对碳阳极进行预浸润处理，酸碱处理，碳表面包覆金属、制备活性高的碳燃料等，但是随着反应的进行，处理的碳被消耗掉，浸润处理和酸碱处理的效果也随之消失，包覆的金属会随之脱落，不能起到持续提高碳电氧化性能的作用。再如在电解质中直接加入变价金属氧化物MnO₂、Fe₂O₃、Co₃O₄等，对碳阳极的电化学氧化反应性能也有一定的提高，但是变价金属氧化物在电解质中溶解度很低为微量级，对性能的提升很有限，而且电池需在较高的温度下工作，因此，这种方法的使用受到诸多因素的影响且可靠性比较差。可参考Cao D X，Wang G L,Wang C Q，et al.Enhancement of electrooxidation activity of activated carbon for direct carbon fuel cell[J].International Journal of hydrogen energy，35(2010)1778-1782.文献关于碳酸碱处理方法对碳活性提高的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高碳阳极的初始氧化电势和相同电势下的电流密度，电导率高的提高碳电氧化性能的低温催化熔盐电解质。

本发明的目的是这样实现的：

包括由变价金属氧化物粉末和能与变价金属氧化物形成低共熔体的盐组成的催化剂，碳酸盐；所述催化剂是摩尔比为3:1的CsVO₃-MoO₃或者Cs₂MoO₄-V₂O₅；所述碳酸盐是Li₂CO₃和K₂CO₃，或这是Li₂CO₃、Na₂CO₃和K₂CO₃；电解质占碳酸盐的质量比为5%至20%。