[发明专利]一种基于复合材料的二次燃料电池

说明书

本发明提供一种基于复合材料的二次燃料电池，所述二次燃料电池能够有效地加热且能够重复使用。本发明的二次燃料电池具有：固体电解质体(2)；负极(3)，形成于固体电解质体(2)的一个面；正极(1)，形成于固体电解质体(2)的另一个面上；负极燃料物质体(5)；加热部(10)，用于将二次燃料电池外壳(4)、固体电解质体(2)和负极燃料物质体(5)加热维持在预定温度以上；压力吸收部(9)，用于吸收二次燃料电池内由产生水蒸气引起的压力变动；三维有序层状多孔骨架(11)，用于抑制负极燃料物质体(5)烧结，并在负极燃料物质体(5)中形成气体扩散通道。

技术领域

本发明涉及一种作为固定用或汽车等移动体用的电源及携带用电源而有用的二次燃料电池，尤其涉及一种具有燃料气体的再生装置的二次燃料电池。

背景技术

随着社会的发展，能源匮乏和环境污染问题越来越严重，人类对传统能源的消耗量日益增大，进一步导致环境污染和温室效应的恶化。开发更加清洁有效的能源利用方式是非常必要的，燃料电池被认为是解决日益严重的全球能源危机和环境污染问题的有效的解决方案。它是一种通过电化学反应，将化学能转化成电能的装置，有高效率，环境友好以及安全可靠性高等优点。而基于氧离子传导的固体氧化物燃料电池(SOFC)是目前研究的热点，它既可以做固定电源，又可以做汽车、电脑、手机等的小型移动电源。

SOFC基本结构单元包括多孔的阴极材料和阳极材料以及致密的电解质。SOFC通常在高温(600℃)下工作，它的发电效率超过60％，是发电效率最高的燃料电池。

将SOFC与储氢材料结合起来构成可重复使用的二次燃料电池是拓宽SOFC应用的重要方法。目前的二次燃料电池中，使用金属及其氧化物对来储存氢气，但是由于工作温度很高，各种储能的金属及其氧化物材料容易烧结成大颗粒，导致气体流通不畅，电池效率因此下降。

在电池内部增加由难烧结性材料构成的三维有序层状多孔骨架，一方面可以将金属粉末互相隔开，防止金属粉末烧结成大的颗粒，另一方面还能够利用三维有序层状多孔骨架疏松多孔的特性，在大体量金属粉末中有效形成气体通道，促进气体在金属粉末中的扩散，从而有效提高电池性能。这是对这种二次燃料电池的一种非常新颖的改进。

虽然专利CN103811688B中也涉及金属粉末与抑制烧结材料的复合设计，但是上述专利中采用难烧结材料覆盖在金属粉末的表面，而本发明中利用难烧结材料制备三维有序层状多孔骨架然后与金属粉末混合，两种设计的工艺方法以及科学原理都不相同。

发明内容

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于复合材料的二次燃料电池。

本发明提供一种基于复合材料的二次燃料电池，其具有：气密性的固体电解质体，传导氧离子；负极，形成于所述固体电解质体的一个面，且在放电时将还原性气体氧化为氧化性气体；正极，形成于所述固体电解质体的另一个面，且在放电时将氧还原为氧离子；负极燃料物质体，与所述氧化性气体反应而生成所述还原性气体，且本身成为氧化物；加热部，用于将所述固体电解质体和所述负极燃料物质体加热维持在预定温度以上；压力吸收部，用于吸收所述二次燃料电池内由产生水蒸气引起的压力变动；以及三维有序层状多孔骨架，用于抑制负极燃料物质体烧结，并在负极燃料物质体中形成气体扩散通道。

优选地，所述二次燃料电池外壳为筒状，所述固体电解质体为圆片状，所述正极以圆片状形成于圆片状的所述固体电解质体的外表面，所述负极以圆片状形成于圆片状的所述固体电解质体的内表面，所述负极燃料物质体为圆柱状，且配置于所述二次燃料电池外壳的内侧，所述加热部为筒状，且配置于所述筒状的二次燃料电池外壳的外侧，所述三维有序层状多孔骨架配置于所述筒状的二次燃料电池外壳的内侧，与所述负极燃料物质体形成复合材料。

优选地，所述还原性气体为氢气。

优选地，所述负极燃料物质体由铁颗粒以及催化剂构成，该催化剂从由包含铂、氧化铈、氧化锆材料构成的组中选出的一种或两种以上的材料构成。