[实用新型]一种镍镧复合材料阴极及其直接碳燃料电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及直接碳燃料电池制备领域，具体涉及一种镍镧复合材料阴极及其直接碳燃料电池。

背景技术

直接碳燃料电池(DirectCarbonFuelCell,DCFC)是一种以碳及其衍生物为燃料的燃料电池，具有能量转换效率高、环境友好、燃料适应性广等突出优点。DCFC总电极反应为C+O₂＝CO₂，标准状态下此反应熵变(DS)接近0，吉布斯自由能变化与焓变几乎相等。故DCFC理论效率可达100％，而以氢气甲烷为燃料的燃料电池理论效率分别为83％和91％。此外DCFC理论效率不随温度升高而降低，800℃下DCFC理论效率仍为100％，而800℃下以氢气为燃料的燃料电池理论效率降低为74％，因此DCFC近年来重新受到人们的关注。

目前国内外DCFC的相关专利的研究内容基本上围绕着DCFC的内部结构、电极材料、反应装置、电解质组成优化以及流体控制系统等方面。

2006年圣安德鲁斯大学董事会在专利201280064087.8中提出了一种直接碳燃料电池DCFC系统，包括了电化学系统、阳极室、阴极室、阳极外壳、阴极外壳和连接器，采用了固态的第一电解质和熔融碳酸盐作为第二电解质，阴极采用亚锰酸锶镧、掺镧的锶钴氧化物等固态金属氧化物，在750℃的运行温度下，优化电流密度为120mA/cm²，功率密度为40mW/cm²。

专利201210197623.3于2012年提出了一种以液态金属锡为阳极的直接碳燃料电池装置，该实用新型以液态金属锡为阳极，而非现有的含碳燃料混合物与电流收集器构成的阳极结构，提高了阳极传质性能，同时，可根据新的结构进行大功率直接碳燃料电池堆的研究与开发。

清华大学在专利200810119204.1中提出了一种直接碳燃料电池反应装置，该反应装置包括固定部件、水冷部件、阴极气体供给部件、阳极气体供给部件、碳燃料安置部件、集流部件、密封部件、测控温部件和反应腔体部件。该装置可实现对直接碳燃料电池的密封、电流集流、阴阳极气体供给、测温控温、固体碳燃料供给、阳极加水及分段加热等功能，同时为外部气路、电池电化学性能测试、反应气体检测留下接口，以满足直接碳燃料电池反应条件需求。

以Cooper领导的美国Lawrence国家实验室(LawrenceLivermoreNationalLaboratory)开发了熔融碳酸盐的燃料电池。该电池采用高温(800℃)的熔融碳酸盐作为电解质，固体炭作为燃料，空气中的氧气作为阴极还原剂，在800℃的运行温度下，优化电流密度为120mA/cm²,功率密度为60mW/cm²。

韩国生产技术研究院于2015年在专利201380037717.7中提出了一种可以确保燃料电极介质的流动性而改善了输出密度的直接碳燃料电池的燃料供应装置，该装置包括通路管及起泡装置，凭借燃料电极介质流动是的介质被供应到管型芯的燃料电极上，提高了管型芯的输出密度。

目前国内外DCFC行业涉及如何提高直接碳燃料电池功率密度的实用新型较少。文献【S.Zecevic,E.M.Patton,P.Parhami,Carbon2004,42,1983-1993.】中对使用不同的阴极材料(低碳钢、镍、泡沫镍、Fe2Ti等)对DCFC的输出性能进行测试，所得最大的电流密度为270mA/cm²，最大功率密度为60mW/cm²，燃料转化效率为39％，电解质为熔融碱混合物，工作温度为630℃。