專利名稱：以堿處理提高直接炭燃料電池炭活性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種改善直接炭燃料電池的性能的方法，具體地說(shuō)是一種利 用堿處理提高熔融碳酸鹽型直接炭燃料電池(MCDCFC)炭陽(yáng)極電化學(xué)活性的方法。
(二)
背景技術(shù)：
燃料電池是一種直接將化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾娀瘜W(xué)器件， 是一種綠色能量轉(zhuǎn)換裝置，可同時(shí)解決節(jié)能和環(huán)保兩大世界難題。以固體炭直接 為燃料的的MCDCFC具有效率高、污染小和噪音低等諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種綠色電站, 其反應(yīng)原理示意如下
陽(yáng)極C + 2C0/- — 3C02 + 4e— (1) 陰極02 + 2C02 + 4e— — 2C0:廣 (2) 總反應(yīng)C + 02 — 2 C02 (3) 目前，提高M(jìn)CDCFC的固體炭陽(yáng)極活性的方式主要有升高溫度、減小炭粒徑和酸處 理等方式，升高溫度來(lái)提高炭陽(yáng)極活性不僅浪費(fèi)能源，而且增高了材料的耐腐蝕 和耐高溫性能；依靠減小炭粒徑來(lái)提高炭陽(yáng)極活性是有限度的，也就是說(shuō)炭粒徑 不能無(wú)限地減小下去。造成炭電化學(xué)活性低的主要原因是由于炭是非親水性的， 對(duì)于極性的溶劑親和力低，又由于炭的表面總會(huì)存有Na, K, Si， Al, Zn， P， N, Fe， Ca和其它一些元素，所以CO廣難以同炭表面進(jìn)行有效地接觸，不利于(l)式 的反應(yīng)，導(dǎo)致炭的電化學(xué)活性較小。酸處理雖然能解決上述問(wèn)題，但又會(huì)同熔融 碳酸鹽發(fā)生中和反應(yīng)，降低了直接炭燃料電池的性能，可參閱王貴領(lǐng)，王靜，曹 殿學(xué)等，炭在熔融碳酸鹽中的直接電化學(xué)氧化性能.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2008, 29(9) :1829-1833. (SCI)。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能增大炭陽(yáng)極的反應(yīng)活性，同時(shí)又與熔融碳酸鹽 的酸堿性保持一致的以堿處理提高直接炭燃料電池炭活性的方法。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
按照堿與炭的體積比為2 3: 1的比例，將炭陽(yáng)極在8(TC下浸泡時(shí)間l 2h，其中堿的濃度為1 3M。
所述的堿是NaOH、 KOH或它們的混合物。
本發(fā)明提出了一種用堿處理提高M(jìn)CDCFC炭陽(yáng)極性能的方法，堿處理克服了 現(xiàn)有炭陽(yáng)極灰分大，親水性小和比表面低等缺點(diǎn)，解決了 MCDCFC炭陽(yáng)極放電電 流小的問(wèn)題。其特征在于炭陽(yáng)極在使用前用堿進(jìn)行處理，從而增大了炭陽(yáng)極的反 應(yīng)活性，同時(shí)又與熔融碳酸鹽的酸堿性保持一致。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是在MCDCFC的 基礎(chǔ)上，通過(guò)預(yù)先對(duì)炭進(jìn)行堿處理，加大了炭電化學(xué)性能，提高了炭陽(yáng)極的放電 性能。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用堿處理MCDCFC的陽(yáng)極炭，堿處理首先能清除(至少 部分地)活性炭的雜質(zhì)，減少炭中的灰分，進(jìn)而增大炭的比表面積和總的孔體積； 第二可以使炭的表面暴露出更多的不飽和碳原子、缺陷、位錯(cuò)和斷層，這些位置 有很多的未成對(duì)電子，有很強(qiáng)的吸附作用；第三堿處理可能分解炭表面的酸性和 中性基團(tuán)，產(chǎn)生更多的堿性基團(tuán)，而堿性基團(tuán)將有利于吸引溶液中的陰離子，可 以降低炭的疏水性；第四與熔融碳酸鹽的酸堿性保持一致。因而能顯著提高以炭 粉為燃料的MCDCFC的性能。 具體實(shí)施例方式
下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
具體實(shí)施方式
1
采用NaOH處理炭陽(yáng)極，堿與炭的體積比為2:1，堿的濃度為2M， 80'C浸泡時(shí) 間lh。以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)，0. 5atm 02/0)2=1:2為氧 化劑，Y-LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在700。C， 0. 78V電壓下， 電流密度達(dá)133mA/cm2，對(duì)應(yīng)功率密度達(dá)95mW/cm2。
具體實(shí)施方式
2
采用KOH處理炭陽(yáng)極，堿與炭的體積比為2:1，堿的濃度為2M， 8(TC浸泡時(shí)間 lh。以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm 02/C02=l :2為氧化 劑，Y-LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在700'C， 0.85V電壓下，電 流密度達(dá)137mA/cm2，對(duì)應(yīng)功率密度達(dá)110mW/cm2。
具體實(shí)施方式
3
采用NaOH和KOH (摩爾比l:l)處理炭陽(yáng)極，堿與炭的體積比為2:1，堿的濃度為2M， 80。C浸泡時(shí)間lh。以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)， 0.5atm 02/0)2=1:2為氧化劑，Y -LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在 700°C， 0.85V電壓下，電流密度達(dá)142mA/cm2，對(duì)應(yīng)功率密度達(dá)118mW/cm2。
權(quán)利要求
1、一種以堿處理提高直接炭燃料電池炭活性的方法，其特征是按照堿與炭的體積比為2～3∶1的比例，將炭陽(yáng)極在80℃下浸泡時(shí)間1～2h，其中堿的濃度為1～3M。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以堿處理提高直接炭燃料電池炭活性的方法，其 特征是所述的堿是NaOH、 KOH或它們的混合物。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的以堿處理提高直接炭燃料電池炭活性的方法，其 特征是所述的堿是NaOH，堿與炭的體積比為2: 1，堿的濃度為2M，浸泡時(shí) 間為lh。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的以堿處理提高直接炭燃料電池炭活性的方法，其 特征是所述的堿是K0H，堿與炭的體積比為2: 1，堿的濃度為2M，浸泡時(shí)間 為lh。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的以堿處理提高直接炭燃料電池炭活性的方法，其 特征是所述的堿是NaOH與KOH摩爾比為1: 1的混合物，堿與炭的體積比為 2: 1，堿的濃度為2M，浸泡時(shí)間為lh。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種以堿處理提高直接炭燃料電池炭活性的方法。按照堿與炭的體積比為2～3∶1的比例，將炭陽(yáng)極在80℃下浸泡時(shí)間1～2h，其中堿的濃度為1～3M。本發(fā)明提出了一種用堿處理提高M(jìn)CDCFC炭陽(yáng)極性能的方法，堿處理克服了現(xiàn)有炭陽(yáng)極灰分大，親水性小和比表面低等缺點(diǎn)，解決了MCDCFC炭陽(yáng)極放電電流小的問(wèn)題。其特征在于炭陽(yáng)極在使用前用堿進(jìn)行處理，從而增大了炭陽(yáng)極的反應(yīng)活性，同時(shí)又與熔融碳酸鹽的酸堿性保持一致。
文檔編號(hào)H01M4/88GK101442127SQ20081020983
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者曹殿學(xué), 王貴領(lǐng) 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)