[发明专利]一种高功率密度的熔融碳酸盐直接煤/碳燃料电池

说明书

本发明提供了一种高功率密度的熔融碳酸盐直接煤/碳燃料电池，包括电池体和对电池体加热的加热炉，所述电池体内安装有工作电极、对电极和参比电极，所述工作电极包括阳极室，所述阳极室内插入有取放棒，阳极室上开有与电池体内腔电解质连通的流通孔，所述阳极室内填充有煤/碳燃料，所述煤/碳燃料内埋设有集电器，所述集电器通过耐高温绝缘导线引出；所述煤/碳燃料的成分至少包括过渡金属氧化物和碳粉。本发明通过向阳极室中添加某种过渡金属氧化物，起到催化剂作用，有效促进了阳极的电氧化反应，提高了阳极性能，进而有效提高了燃料电池的功率密度。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体是一种高功率密度的熔融碳酸盐直接煤/碳燃料电池。

背景技术

煤炭在我国能源结构中占主导地位，且该形势在相当长的时间内将不会改变。传统燃煤电厂的发电效率只有30-45％，并且会排放大量温室气体和污染物如SO₂，NO_x，颗粒物等。而直接煤/碳燃料电池(Direct Coal/Carbon FuelCell,DCFC)，可将煤/碳中的化学能直接转化为电能，能量转化效率提升近一倍，可极大减少能量损失和污染物排放，还能获得纯度很高的CO₂，便于储存和利用。

目前，有关MC-DCFC的专利并不是很多，国内现有的相关专利主要集中在以下几方面：

(1)具有重整单元的MC-DCFC：中国专利CN201010207016.1，该专利中，作者并不直接以煤/碳燃料进料，而是通过重整单元将其转化为气体燃料；在重整单元，还有一些专利是关于重整催化剂的，如中国专利CN201780027891.1、中国专利CN201010206914.5。

(2)煤/碳燃料进料方式方面以及煤/碳燃料处理方法：中国专利CN201110257666.1、中国专利CN201010287471.7、中国专利CN200810209833.3。

(3)电解液/煤/碳燃料方面，有以下专利：中国专利CN201110304175.8。

(4)电极材料方面的专利有：中国专利CN201510583169.9、中国专利CN200610015494.6、中国专利CN100392894C。

(5)在电堆研究方面的国内专利有：中国专利CN203800125U、中国专利CN202308175U。

国外对MC-DCFC的专利主要集中在以下方面：

(1)具有重整单元的MC-DCFC，专利有：美国专利US5348814A和US5100743A。

(2)煤/碳燃料在进料之前的预处理，专利有：美国专利US7981563B2。

(3)在煤/碳燃料方面的专利有：美国专利US6037076A。

(4)关于阳极的专利涉及阳极形态、具有一些特殊功能的阳极(如耐硫)和阳极材料，专利如下：美国专利US20060234098A1、美国专利US4925745A、英国专利GB2039131A和美国专US5206095A。

(5)国外在电堆方面也有一些专利，例如：韩国专利KR101713344B1。

(6)此外，还有该类燃料电池与其它设备联用的一些专利：日本专利JPH11312527A，美国专利US9502728B1。

尽管已经有许多学者在他们的MC-DCFC中使用各种煤/碳燃料做了一些性能测试，但他们获得的功率密度大都比较低，上述文献的燃料电池通常在600℃～800℃的反应温度下，MPD(最大功率密度)只有17mW cm^-2～141mW cm^-2。