[发明专利]一种粉煤分质转化耦合直接碳燃料电池的装置及方法

权利要求书

1.一种粉煤分质转化耦合直接碳燃料电池的装置，其特征在于，包括卧式管式炉(1)、石英管(3)、氢气储罐(17)、干燥器(6)、直接碳燃料电池、氩气储罐(20)、带塞子的浓硫酸储瓶(7)和带塞子的纯净水储瓶(8)，所述石英管(3)设置于卧式管式炉(1)内且石英管(3)的两端均位于卧式管式炉(1)外，所述石英管(3)内设置有用于盛装基底的瓷舟(2)，所述石英管(3)的一端设置有进气塞(4)，石英管(3)的另一端设置有排气塞(21)，所述排气塞(21)上安装有石英管排气管(22)，所述石英管(3)与干燥器(6)通过穿过进气塞(4)的第一管路(4-1)相连通，石英管(3)与氢气储罐(17)通过穿过进气塞(4)的第二管路(4-2)相连通，所述干燥器(6)与浓硫酸储瓶(7)通过第三管路(26)相连通，所述第三管路(26)伸入浓硫酸储瓶(7)的一端位于浓硫酸液面上方，所述浓硫酸储瓶(7)与纯净水储瓶(8)通过第四管路(27)相连通，所述第四管路(27)位于浓硫酸储瓶(7)内的一端伸入浓硫酸液面以下，第四管路(27)伸入纯净水储瓶(8)的一端位于纯净水液面上方；所述直接碳燃料电池与氩气储罐(20)之间设置有燃料电池进气管(5)，直接碳燃料电池与纯净水储瓶(8)之间设置有燃料电池排气管(10)，燃料电池排气管(10)位于纯净水储瓶(8)内的一端伸入纯净水液面以下；所述直接碳燃料电池包括刚玉管(12)和电解质片(16)，所述刚玉管(12)的上端设置有密封塞(9)，所述电解质片(16)通过密封胶(13)粘接于刚玉管(12)的下端，电解质片(16)的上表面和下表面均设置有银膏涂层，所述刚玉管(12)的侧面焊接有与电解质片(16)的上表面相接的正极银线(11)和与电解质片(16)的下表面相接的负极银线(19)。

2.根据权利要求1所述的一种粉煤分质转化耦合直接碳燃料电池的装置，其特征在于，所述密封塞(9)、刚玉管(12)和电解质片(16)之间形成阳极室(28)，所述燃料电池进气管(5)的一端穿过密封塞(9)设置于刚玉管(12)内，燃料电池进气管(5)的另一端与氩气储罐(20)的出气口相连接，所述燃料电池排气管(10)的一端穿过密封塞(9)设置于刚玉管(12)内。

3.根据权利要求1所述的一种粉煤分质转化耦合直接碳燃料电池的装置，其特征在于，所述卧式管式炉(1)下方设置有用于支撑卧式管式炉(1)的底座(24)。

4.根据权利要求1所述的一种粉煤分质转化耦合直接碳燃料电池的装置，其特征在于，所述第二管路(4-2)上设置有阀门(14)。

5.根据权利要求1所述的一种粉煤分质转化耦合直接碳燃料电池的装置，其特征在于，所述第二管路(4-2)上设置有氢气流量计(18)。

6.根据权利要求1所述的一种粉煤分质转化耦合直接碳燃料电池的装置，其特征在于，所述第三管路(26)上设置有气体流量计(23)。

7.根据权利要求1所述的一种粉煤分质转化耦合直接碳燃料电池的装置，其特征在于，所述燃料电池进气管(5)上设置有氩气流量计(25)。

8.一种如权利要求1至7中任一权利要求所述装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将粉煤(15)加入刚玉管(12)内，使其均匀的分散在电解质片(16)上，盖上密封塞(9)，将直接碳燃料电池与外部用电设备相接；

步骤二、将盛装有基底的瓷舟(2)放入石英管(3)内并使瓷舟(2)位于石英管(3)的中部位置，装好进气塞(4)；打开氩气储罐(20)置换直接碳燃料电池和石英管(3)内的气体并持续通入氩气，然后打开氢气储罐(17)，开启卧式管式炉(1)加热至化学气相沉积温度，对瓷舟(2)内的基底进行还原处理，待还原处理结束后将纯净水储瓶(8)置于冰水浴中，将直接碳燃料电池下部置于高温电阻炉中并使粉煤(15)位于高温电阻炉内，开启高温电阻炉加热至直接碳燃料电池的工作温度，利用直接碳燃料电池中的粉煤(15)热解产生的气体对瓷舟(2)内的铜箔进行化学气相沉积处理；

步骤三、待步骤二中所述化学气相沉积处理结束后，关闭高温电阻炉和卧式管式炉(1)，并关闭氢气储罐(17)，继续通入氩气进行冷却，待卧式管式炉(1)温度降至室温后，关闭氩气储罐(20)，取出瓷舟(2)，在瓷舟(2)内的基底表面得到石墨烯。