專利名稱：熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的陶瓷漿料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種燃料電池技術(shù)領(lǐng)域的材料，特別是一種熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的陶瓷漿料。
背景技術(shù)：
熔融碳酸鹽燃料電池一般以多孔氧化鎳為陰極，多孔金屬鎳為陽極，碳酸鋰/碳酸鉀(Li2CO3/K2CO3)或碳酸鋰/碳酸鈉(Li2CO3/Na2CO3)組成的低共熔混合物作為電解質(zhì)，在500℃以上熔化后的電解質(zhì)分散在由亞微米級(jí)的α-偏鋰酸鋁(α-LiAlO2)或γ-偏鋰酸鋁(γ-LiAlO2)粉料為主要原料的隔膜中。該隔膜的性能，如孔隙率、孔徑、機(jī)械強(qiáng)度等，都直接影響到電池的性能和壽命。因此隔膜材料是熔融碳酸鹽燃料電池的關(guān)鍵材料之一。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請(qǐng)?zhí)?7111018.2的發(fā)明專利涉及熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的制備方法，該專利把LiAlO2粉末放入到正丁醇和乙醇組成的混合有機(jī)溶劑中，再加入聚乙烯醇縮丁醛粘接劑和鄰苯二甲酸二正辛酯增塑劑，雪魚油分散劑，硅油消泡劑，球磨33小時(shí)后，把漿料倒在玻璃板上流延成膜。干燥后得到的三張膜層疊后熱壓，就得到了熔融碳酸鹽燃料電池的隔膜。該方法的不足之處，是采用了手工流延的方法，膜的平整度和厚薄等都不能很好地加以控制，且加工的速度很慢，不能達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供了一種熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的陶瓷漿料，使其適用于流延機(jī)的連續(xù)自動(dòng)成膜，可以精確地控制膜的厚度以及平整度，達(dá)到了工業(yè)化制備熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的目的。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明各組分及重量百分比為α-LiAlO222-30％；分散劑0.3-1％；粘結(jié)劑3.1-4.4％；增塑劑3.1-4.4％；增強(qiáng)劑1.5-2.2％；溶劑62-66％。
α-LiAlO2的粒徑在0.01-0.3微米之間，Al2O3纖維為多晶結(jié)構(gòu)。
分散劑選用磷酸三乙酯。
粘結(jié)劑選用聚乙稀醇縮丁醛。
增塑劑選用聚乙二醇。
增強(qiáng)劑選用Al2O3纖維。
溶劑選用丁酮和乙醇的混合溶劑，丁酮的所占混合溶劑的重量百分比大于60％。
本發(fā)明上述的漿料制備如下按照配方在球磨罐中放入α-LiAlO2，丁酮和乙醇的混合溶劑以及磷酸三乙酯，球磨2小時(shí)；然后加入聚乙稀醇縮丁醛和聚乙二醇后，再球磨2小時(shí)；最后加入Al2O3纖維后球磨半小時(shí)。把球磨后的漿料消去氣泡后，傾倒在流延機(jī)的料斗中，設(shè)定的刮刀高度為0.5毫米，烘道溫度為45℃，在運(yùn)動(dòng)的塑料膜帶上成膜。選用從流延機(jī)上取下的膜兩張，毛面向里，光面向外，相對(duì)放置，在60℃的壓機(jī)上，壓力為1MPa，預(yù)熱3分鐘，然后，用4Mpa的壓力，熱壓4分鐘，就得到了熔融碳酸鹽燃料電池的隔膜。該隔膜的厚度為0.3-0.6毫米之間，平均孔徑0.3-0.4μm，平均孔隙率50-60％。
實(shí)驗(yàn)證明，采用本發(fā)明的漿料，能夠在工業(yè)化的流延機(jī)上穩(wěn)定地成膜，干燥后可以和塑料襯底膜帶很容易地分離，熱壓成型后，達(dá)到了熔融碳酸鹽燃料電池的隔膜的技術(shù)指標(biāo)。為商業(yè)化生產(chǎn)熔融碳酸鹽燃料電池的隔膜材料奠定了基礎(chǔ)。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實(shí)施例實(shí)施例一按照以下配方配料α-LiAlO222％；分散劑0.3％；粘結(jié)劑3.1％；增塑劑3.1％；增強(qiáng)劑1.5％；溶劑62％。具體為α-LiAlO2880克；丁酮1650克；乙醇830克；磷酸三乙酯12克；聚乙稀醇縮丁醛124克；聚乙二醇124克；Al2O3纖維60克。
首先按照上述配方在球磨罐中放入α-LiAlO2，丁酮和乙醇的混合溶劑以及磷酸三乙酯，球磨2小時(shí)；然后加入聚乙稀醇縮丁醛和聚乙二醇后，再球磨2小時(shí)；最后加入Al2O3纖維后球磨半小時(shí)。把球磨后的漿料消去氣泡后，傾倒在流延機(jī)的料斗中，設(shè)定的刮刀高度為0.5毫米，烘道溫度為45℃，在運(yùn)動(dòng)的塑料膜帶上成膜。選用從流延機(jī)上取下的膜兩張，毛面向里，光面向外，相對(duì)放置，在60℃的壓機(jī)上，壓力為1MPa，預(yù)熱3分鐘，然后，用4Mpa的壓力，熱壓4分鐘，就得到了熔融碳酸鹽燃料電池的隔膜。該隔膜的厚度為0.3毫米之間，平均孔徑0.3μm，平均孔隙率50％。
實(shí)施例二按照以下配方配料α-LiAlO230％；分散劑1％；粘結(jié)劑4.4％；增塑劑4.4％；增強(qiáng)劑2.2％；溶劑66％。具體為α-LiAlO21200克；磷酸三乙酯40克；聚乙稀醇縮丁醛1760克；聚乙二醇1760克；Al2O3纖維88克；丁酮1800克；乙醇840克。
按照實(shí)施例一的具體制備方法，可以得到熔融碳酸鹽燃料電池的隔膜。該隔膜的厚度為0.6毫米，平均孔徑0.4μm，平均孔隙率60％。
實(shí)施例三按照以下配方配料α-LiAlO227％；分散劑0.6％；粘結(jié)劑3.8％；增塑劑3.8％；增強(qiáng)劑1.9％；溶劑64％。具體為α-LiAlO21080克；磷酸三乙酯24克；聚乙稀醇縮丁醛152克；聚乙二醇152克；Al2O3纖維76克；丁酮1700克；乙醇860克。
按照實(shí)施例一的具體實(shí)驗(yàn)方法，可以得到了熔融碳酸鹽燃料電池的隔膜。該隔膜的厚度為0.4毫米，平均孔徑0.3μm，平均孔隙率55％。
實(shí)施例四把實(shí)施例二得到的熔融碳酸鹽燃料電池隔膜，配以K2CO3/Na2CO3電解質(zhì)鹽，兩端放上陰極和陽極，陰極一端通入空氣和二氧化碳，陽極一端通入氫氣，把電池加熱到650℃，可以得到開路電壓為1.06V，在5OmA/cm2電流密度下，電池電壓為0.93V，在100mA/cm2電流密度下，電池電壓為0.85V，在150mA/cm2電流密度下，電池電壓為0.78V。
權(quán)利要求
1.一種熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的陶瓷漿料，其特征在于，各組分及重量百分比為α-LiAlO222-30％，分散劑0.3-1％，粘結(jié)劑3.1-4.4％，增塑劑3.1-4.4％，增強(qiáng)劑1.5-2.2％，溶劑62-66％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的陶瓷漿料，其特征是，α-LiAlO2的粒徑在0.01-0.3微米之間，Al2O3纖維為多晶結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的陶瓷漿料，其特征是，分散劑選用磷酸三乙酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的陶瓷漿料，其特征是，粘結(jié)劑選用聚乙稀醇縮丁醛。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的陶瓷漿料，其特征是，增塑劑選用聚乙二醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的陶瓷漿料，其特征是，增強(qiáng)劑選用Al2O3纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的陶瓷漿料，其特征是，溶劑選用丁酮和乙醇的混合溶劑，丁酮的所占混合溶劑的重量百分比大于60％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的陶瓷漿料，其特征是，所得隔膜的厚度為0.6-1毫米之間，平均孔徑0.3-0.4μm，平均孔隙率50-60％。
全文摘要
一種燃料電池技術(shù)領(lǐng)域的熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的陶瓷漿料。本發(fā)明各組分及重量百分比為α－LiAlO
文檔編號(hào)H01M8/02GK1794487SQ20061002322
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2006年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月12日
發(fā)明者屠恒勇, 余晴春 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)