[发明专利]一种提高熔融碳酸盐燃料电池性能的阴极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种提高熔融碳酸盐燃料电池性能的阴极材料及其制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将硝酸锂和纳米镍粉混合，然后置于管式炉中加热至700℃，焙烧5‑7小时，焙烧结束后将混合物置于球磨机进行球磨，获得纳米LiNiO₂粉末；(2)将制得的纳米LiNiO₂粉末与分散剂、粘结剂和乙醇甲苯混合液混合，机械搅拌获得混合液；(3)将混合液流延成板，然后在空气中静置干燥；(4)将获得的纳米LiNiO₂板在传统镍电极上加压复合成型即得所述阴极材料。本发明的方法可以显著提高燃料电池的电压和降低电池电阻，在长周期运行下减少电池电压的衰减，并能有效的提高电池的使用寿命，可推广应用到其他类型的燃料电池中。

技术领域

本发明属于熔融碳酸盐燃料电池领域，具体涉及一种提高熔融碳酸盐燃料电池性能的阴极材料及其制备方法。

背景技术

熔融碳酸盐燃料电池作为一种把燃料的化学能直接转换成电能的化学装置，具有高效率、零排放、无噪音等优点，其中熔融碳酸盐燃料电池的电极阴极通常采用氧化镍(NiO)，其通过流延法制备出多孔镍板，在电池运行焙烧阶段氧化成氧化镍(NiO)。氧化镍的结构很大程度上影响电池的性能，目前对阴极材料氧化镍改性的方法主要是通过掺杂其他元素、添加LiCoO₂或LiFeO₂材料或通过LiCoO₂包覆NiO等方式，这些方法可以有效降低镍离子的溶解，但不能有效提高燃料电池阴极气体与电极的充分接触，在提高燃料电池性能上受到了限制。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种提高熔融碳酸盐燃料电池性能的阴极材料的制备方法，该方法制备的阴极材料能够保证燃料电池阴极气体能与电极充分接触反应，提高燃料电池的性能。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种提高熔融碳酸盐燃料电池性能的阴极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)LiNiO₂的制备：将硝酸锂和纳米镍粉混合，然后将混合物置于管式炉中加热至700℃，焙烧5-7小时，焙烧结束后将混合物置于球磨机进行球磨，获得尺寸为400-500nm的LiNiO₂粉末；

(2)将步骤(1)制得的纳米LiNiO₂粉末与分散剂、粘结剂和乙醇甲苯混合液混合，机械搅拌32-48h获得混合液；

(3)将步骤(2)中混合液流延成板，然后在空气中静置干燥5-6h；

(4)将步骤(3)获得的纳米LiNiO₂板在传统镍电极上加压复合成型即得所述阴极材料。

优选的，步骤(1)中纳米镍粉的粒径为80-120nm，硝酸锂和纳米镍粉的质量比为1：1，两者混合的时间为30-60min。

优选的，步骤(1)中所述加热升温的速率4-6℃/min，焙烧过程中往管式炉中通入空气的速率为280-320ml/min。

优选的，步骤(2)中所述分散剂为羧甲基纤维素，所述粘结剂为丙烯酸树脂。

优选的，步骤(2)中LiNiO₂粉末的用量为28-32g，分散剂的用量为0.8-1.0g，粘结剂的用量为1.4-1.6g，乙醇甲苯的用量为18-20g。

优选的，步骤(2)中乙醇甲苯混合液中乙醇和甲苯的摩尔比为65：35。

优选的，步骤(4)中所述加压复合成型的温度为85-95℃，压力为0.4-0.6t/cm²。

优选的，步骤(4)中纳米LiNiO₂层的厚度为10-200μm。