[发明专利]一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及熔融碳酸盐燃料电池技术领域，具体涉及一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜及其制备方法。

背景技术

燃料电池是一种不经过燃烧而以电化学反应方式将燃料的化学能直接变为电能的发电装置，其最大特点是反应过程不涉及燃烧，因此能量转化效率不受“卡诺循环”的限制，效率高达50％～60％。燃料电池工作时，氢气或其他燃料输入到阳极，并在电极和电解质的界面上发生氢气或其他燃料氧化与氧气还原的电化学反应，产生电流，输出电能。与火力发电方式相比，燃料电池的发电过程不经过燃料的直接燃烧，CO、CO₂、SO₂、NO_x及未燃尽的有害物质排放量极低，是公认的继火电、水电和核电之后的第四种发电方式。因此，燃料电池是集能源、化工、材料与自动化控制等新技术为一体的、具有高效与洁净特色的新电源。

但是，熔融碳酸盐燃料电池的电解质隔膜在电池运行过程中要保证有效的阻气性能，必须具有一定的机械强度。在熔融碳酸盐燃料电池的启动和运行过程中，隔膜会受到各个部件热膨胀引起的机械应力和隔膜与熔盐电解质热膨胀系数不同引起的热应力。为了防止隔膜在启动运行过程中出现内部裂纹，研究者们向隔膜内添加Al₂O₃大颗粒、Al₂O₃纤维、棒状γ-LiAlO₂以及低熔点Al金属粉末等来增强隔膜颗粒间的结合力，从而增强隔膜的抗应力能力。但是，Al₂O₃大颗粒的加入，不能讲隔膜增强至需要的强度，Al₂O₃纤维又不能在熔盐电解质环境中长期稳定的存在，而且价格还较高，棒状γ-LiAlO₂的制备方法复杂，生产成本高。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜及其制备方法，该电池隔膜具有非常高的机械强度，有效解决了隔膜在组装过程中的易破裂问题，减小熔融碳酸盐燃料电池的组装难度，另外还提高了隔膜的孔隙率，增加了电解质的保有量，进而增加了电池寿命。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜，包括多孔金属材料2，分别设置在多孔金属材料2上部和下部的一层上隔膜1和一层下隔膜3，形成隔膜-金属-隔膜一体式复合结构；还包括使用时，在裁剪成所需形状的隔膜-金属-隔膜一体式复合结构的上部和下部设置的表面隔膜4，所述上隔膜1、下隔膜3和表面隔膜4均采用传统的隔膜浆料制备而成。

所述多孔金属材料2的孔隙率为70～80％，孔径范围为10～150μm，厚度为0.05～0.2mm。

所述表面隔膜4的孔径范围为0.1～1μm。

所述电池隔膜的整体孔隙率为40～70％。

上述所述的一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：首先将传统的隔膜浆料采用带铸法制备成膜，作为上隔膜1使用；

步骤2：将预先压制好的多孔金属材料2放置在上述上隔膜1之上，直至上隔膜1完全干燥，制备成金属-隔膜一体式结构；

步骤3：再次将传统的隔膜浆料采用带铸法制备成膜，将所制备的金属-隔膜一体式结构采用金属面朝下的方式放置于下隔膜3之上，直至下隔膜3完全干燥，形成隔膜-金属-隔膜一体式复合结构；

步骤4：使用时，将上述隔膜-金属-隔膜一体式复合结构裁剪成所需形状，并在其上部和下部分别热压一层采用传统的隔膜浆料制备而成的表面隔膜4，形成电池隔膜。

所述传统的隔膜浆料采用粒度范围为0.1～10μm的LiAlO₂粉料与溶剂、分散剂、消泡剂、粘结剂和增塑剂混合球磨均匀制备而成。

所述多孔金属材料(2)为采用孔隙率70～80％的泡沫镍作为金属骨架，在油压机上100t压力下研制成厚度为0.05～0.2mm的金属薄片。

本发明制备方法简单，且制备的电池隔膜具有多孔金属材料支撑层，多孔金属骨架镶嵌于隔膜的中间，可以起到增加隔膜抗压能力，同时还可以在电池运行过程中储存更多的电解质，支撑层两侧均覆盖有LiAlO₂隔膜材料；因此具有非常高的机械强度，有效解决了隔膜在组装过程中的易破裂问题，减小熔融碳酸盐燃料电池的组装难度，另外还提高了隔膜的孔隙率，增加了电解质的保有量，进而增加了电池寿命。

附图说明