[发明专利]一种熔融碳酸盐燃料电池盐膜及其制备方法

说明书

本发明属于熔融碳酸盐燃料电池技术领域，具体涉及一种熔融碳酸盐燃料电池电解质盐膜及其制备方法。所述盐膜包括如下重量份的组分：电解质9‑13份，水溶性粘结剂1份，其中，所述水溶性粘结剂具有遇水溶胀特性。本发明针对碳酸盐电解质很难湿润很难成膜成型的特点，未采用制备浆料的方法，而是采用碳酸盐与水溶性粘结剂混合然后与少量水搅拌静置的方法，让粘结剂充分溶胀并包裹电解质粉末表面形成均匀的胶体状态，粉碎过程其实是将碳酸盐与粘结剂的混合胶体制成较细的粉末，利于在模具内热压成型，本发明的方法具有典型的可操作性，能降低熔融碳酸盐燃料电池电解质在高温条件下的损失，提高电池的密封性能和寿命，保持较高的放电电压和功率密度。

技术领域

本发明属于熔融碳酸盐燃料电池技术领域，具体涉及一种熔融碳酸盐燃料电池电解质盐膜及其制备方法。

背景技术

熔融碳酸盐燃料电池((Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC)是一种工作于650℃的高温燃料电池，具有不需要贵金属作催化剂、燃料来源广、噪音低、污染物基本达到近零排放、发电效率高、可实现热电联供等优点，适合于百千瓦级至兆瓦级分布式电站或固定电站，具有良好的发展应用前景。

熔融碳酸盐燃料电池工作在650℃下，MCFC的结构可以分为阴极、电解质以及阳极三部分，其中电解质为熔融的碳酸盐。MCFC的电解质体系由多孔的隔膜载体和碳酸盐构成，熔融的碳酸盐电解质依靠毛细作用力全部充满电解质隔膜的孔隙，碳酸盐电解质被固定在隔膜载体内形成电解质层。电解质层既是碳酸根离子导体，具有良好的离子导电性能，又是阴、阳极隔板能够阻挡气体通过，其塑性可用于电池的气体密封，防止气体外泄，即所谓“湿密封”。

现有技术中，碳酸盐电解质在MCFC组装过程中一般充填在单电池中，电解质通常是预填充在阴极和/或阳极气室内，随着电池温度的升高而缓慢熔融，并在电解质隔膜的毛细管力作用下浸入电解质隔膜中的微孔内。这样处理存在以下问题:电解质在未熔融前会影响流场内气体的分布，影响隔膜内有机物的燃烧和燃烧产物的挥发；电解质很可能会被气体挟带进入管路，堵塞管路。如果能用类似制备隔膜的方法将碳酸盐做成盐膜，将有助于解决电解质管理的问题。首先，薄膜状的盐膜不会堵塞流场造成气体分布不均；其次，盐膜与电解质隔膜的接触会有所改善，可促进电解质更好地分布在电解质隔膜内。

因此，碳酸盐电解质膜的制备方法是影响MCFC性能的重要因素。碳酸盐电解质膜的制备方法大多采用将碳酸盐电解质与有机溶剂、粘结剂、增塑剂、消泡剂等混合球磨一定时间，通过流延方法制备而成。例如，现有的专利文献中就有采用水作为溶剂将LiAlO₂和碳酸盐电解质混合球磨制备的一体化电解质膜，但因为未使用粘结剂，导致结构松散、强度很低，组装过程中较大的组装压力会将一体膜压裂，直接导致隔膜窜气和漏气，性能很差甚至阴阳极短路造成直接燃烧。另外，碳酸盐不溶于水，也不溶于有机溶剂，电解质粉末表面的润湿性很差，很难与粘结剂结合在一起，给盐膜的制备过程带来很大的困难。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的熔融碳酸盐燃料电池电解质盐膜结构松散、强度低、容易压裂，碳酸盐润湿性差很难与粘结剂混合、成型制备困难等缺陷，从而提供一种熔融碳酸盐燃料电池盐膜及其制备方法。

为此本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种熔融碳酸盐燃料电池电解质盐膜，包括如下重量份的组分：电解质9-13份，水溶性粘结剂1份；

其中，所述水溶性粘结剂具有遇水溶胀特性。

可选的，所述水溶性粘结剂为甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、羟丙甲基纤维素(HPMC)中的至少一种。

可选的，所述电解质为碳酸锂与碳酸钾的混合物或者碳酸锂与碳酸钠的混合物。

可选的，所述电解质包括摩尔比为68％：32％的碳酸锂和碳酸钾，