熔融碳酸盐燃料电池的组成

科通芯城 发表于 2020-01-20 15:59:00 收藏 已收藏
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熔融碳酸盐燃料电池的组成

科通芯城 发表于 2020-01-20 15:59:00
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  熔融碳酸盐燃料电池以熔融碱金属碳酸盐的混合物组成低共熔体系作电解质,以氧化镍为正极、镍为负极的一种燃料电池。其燃料用氢和一氧化碳,氧化剂为空气。

  

  熔融碳酸盐燃料电池的组成

  熔融碳酸盐燃料电池主要是由阳极、阴极、电解质基底和集流板或双极板构成。

  1、阳极

  MCFC的阳极催化剂最早采用银和铂,为降低成本,后来改用了导电性与电催化性能良好的镍。但镍被发现在MCFC的工作温度与电池组装力的作用下会发生烧结和蠕变现象,进而MCFC采用了Ni-Cr或Ni-Al合金等作阳极的电催化剂。加入2%~10%Cr的目的是防止烧结,但Ni-Cr阳极易发生蠕变。另外,Cr还能被电解质锂化,并消耗碳酸盐,Cr的含量减少会减少电解质的损失,但蠕变将增大。相比之下,Ni-Al阳极蠕变小,电解质损失少,蠕变降低是由于合金中生成了。

  2、阴极

  熔融碳酸盐燃料电池的阴极催化剂普遍采用氧化镍。其典型的制备方法是将多孔镍电极在电池升温过程中就地氧化,而且部分被锂化,形成非化学计量化合物,电极导电性极大提高。但是,这样制备的NiO电极会产生膨胀,向外挤压电池壳体,破坏壳体与电解质基体之间的湿密封。改进这一缺陷的方法有以下几种:

  (l)Ni电极先在电池外氧化,再到电池中掺Li;或氧化和掺Li都在电池外进行;

  (2)直接用NiO粉进行烧结,在烧结前掺Li,或在电池中掺Li:

  (3)在空气中烧结金属镍粉,使烧结和氧化同时完成;

  (4)在Ni电极中放置金属丝网(或拉网)以增强结构的稳定性等等。

  3、电解质基底

  电解质基底是MCFC的重要组成部件,它的使用也是MCFC的特征之一。电解质基底由载体和碳酸盐构成,其中电解质被固定在载体内。基底既是离子导体,又是阴、阳极隔板。它必须具备强度高,耐高温熔盐腐蚀,浸入熔盐电解质后能够阻挡气体通过,而又具有良好的离子导电性能。其塑性可用于电池的气体密封,防止气体外泄,即所谓“湿封”。当电池的外壳为金属时,湿封是唯一的气体密封方法。

  4、集流板(双极板)

  双极板能够分隔氧化剂和还原剂,并提供气体的流动通道,同时还起着集流导电的作用,因此也称作集流板或隔离板。它一般采用不锈钢(如SS316,SS310)制成。在电池工作环境中,阴极侧的不锈钢表面生成,其内层又有氧化铬,二者均起到钝化膜的作用,减缓不锈钢的腐蚀速度。SS310不锈钢由于铬镍含量高于SS316,因而耐蚀性能更好。一般而言,阳极侧的腐蚀速度大于阴极侧。双极板腐蚀后的产物会导致79483MD增大,进而引起电池的欧姆极化加剧。为减缓双极板阳极侧的腐蚀速度,采取了在该侧镀镍的措施。MCFC是靠浸入熔盐的偏铝酸埋隔膜密封,称湿密封。为防止在湿密封处造成原电池腐蚀,双极板的湿密封处通常采用铝涂层进行保护。在电池的_上作条件下,该涂层会生成致密的偏铝酸铿绝缘层。

  5、电池整体结构

  熔融碳酸盐燃料电池组均按压滤机方式进行组装,在隔膜两侧分置阴极和阳极,再置双极板,周而复始进行,最终由单电池堆积成电池堆。氧化气体和燃料气分别进入各节电池孔道(称气体分布管),MCFC电池组的气体分布管有两种方式:内气体分布管和外气体分布管。近年国外逐渐倾向采用内分布管方式,并对其进行了改进。氧化与还原气体在电池内的相互流动有并流、对流和错流三种方式,人部分熔融碳酸盐燃料电池采用错流方式。

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