CN100426573C - 一种以纳米材料为阳极的碳燃料电池 - Google Patents

一种以纳米材料为阳极的碳燃料电池 Download PDF

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Abstract

一种以纳米材料为阳极的碳燃料电池，电池以纳米碳纤维或纳米碳管作为阳极，以熔融碳酸盐为电解质，对电极和参比电极均采用双舱式进气结构。所述纳米碳纤维或纳米碳管的使用方式为将其置于陶瓷多孔材料中并以金属网封底，或将其直接分散在电解质中，或直接用金属网包裹。所述电解质优选为碳酸钠、碳酸钾和碳酸锂三者或其中任意两者的熔融混合物。本发明的碳燃料电池可以直接利用烃类催化裂解得到的碳纤维做阳极，得到比使用其它种类碳源更高的极化率和开路电压，电效率高达82%，产生的二氧化碳容易收集。

Description

一种以纳米材料为阳极的碳燃料电池
技术领域
本发明涉及一种碳燃料电池，特别涉及一种以纳米材料为阳极的碳燃料电池。
背景技术
碳燃料电池(DCFC)直接而高效利用了化石燃料中碳的能量(理论热效率为100％)；碳的进料和产出的二氧化碳集成在一个单元里，并且容易收集。使用纳米碳材料做阳极的碳燃料电池应比使用其它种类碳源具有更高的极化率和开路电压，但到目前为止没有相关报道。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新的碳燃料电池，本发明碳燃料电池以钠米碳纤维或钠米碳管为燃料，熔融碳酸盐为电解质，通过电化学方式获得稳定高效的能量输出，同时生产纯净的二氧化碳气体。
本发明的一种以纳米材料为阳极的碳燃料电池，以纳米碳纤维或纳米碳管作为阳极，以熔融碳酸盐为电解质，对电极和参比电极均采用双舱式进气结构。
所述纳米碳纤维或纳米碳管优选由甲烷催化裂解制得。
所述纳米碳纤维或纳米碳管的使用方式为将其置于陶瓷多孔材料中并以金属网封底，或将其直接分散在电解质中，或直接用金属网包裹。
所述陶瓷优选为氧化铝或者氧化锆，所述金属网优选为镍网或不锈钢网。
所述电解质优选为碳酸钠、碳酸钾和碳酸锂三者或其中任意两者的熔融混合物。
最优选所述电解质为摩尔比为1∶1的碳酸钠和碳酸钾的熔融混合物，或摩尔比为3∶2的碳酸锂和碳酸钾熔融混合物，或摩尔比为1∶1∶1的碳酸钠，碳酸钾和碳酸锂三者的熔融混合物。
本发明所述对电极包括一金属导线和固定于导线尾端的镍片，在导线的外面包覆有一个不锈钢管为材料的支架，在不锈钢管的最上端和上半部分别罩有一个空心钢罩，钢罩的侧面开有一小孔并由一不锈钢管垂直导出，形成进气仓和出气仓，第一个钢罩上端密封，下端通过其内侧和不锈钢管顶端的外侧螺纹固定，并在钢罩上端和下端都用修补剂密封。在第二个钢罩下方的不锈钢支架侧壁开有一小孔，支架外面套有一陶瓷管，第二个钢罩上端同不锈钢管通过螺纹固定并用工业修补剂密封，下端开孔，孔的直径与紧贴其下方的陶瓷管相同，将其与陶瓷管连接密封，陶瓷管的下端与不锈钢支架密封。
本发明的对电极，也称为辅助电极，主要有两方面的作用：1.用来通过电流，实现研究电极的极化。2.该DCFC中，对电极同时是电池的阴极，发生电极反应。其中镍片与一段导线相连，导线与负载(用电器，比如灯泡)或者电化学测量仪器连接，负载或者电化学仪器另一端与电池阳极相连，阴阳两级之间是电解液，这构成了一个回路，气体通过反应管通入，与镍片相连的导线也放在管中，导线与管内壁之间有空隙，气体通过这个空隙通到镍片上发生反应。
本发明所述参比电极采用黄金电极，黄金电极由一镍棒和固定于镍棒尾端的一个黄金小圆饼组成，此黄金电极放置于一个由不锈钢管为材料的支架内，在不锈钢管的最上端和上半部分别罩有一个空心钢罩，两个钢罩的侧面均开有一小孔并由一不锈钢管垂直导出，形成进气仓和出气仓，第一个钢罩上端密封，下端通过其内侧和不锈钢管顶端的外侧螺纹固定，并在钢罩上端和下端都用修补剂密封，在第二个钢罩下方的不锈钢支架侧壁开有一小孔，支架外面套有一陶瓷管，第二个钢罩上端同不锈钢管通过螺纹固定并用修补剂密封，下端开孔，孔的直径与紧贴其下方的陶瓷管相同，将其与陶瓷管连接密封，陶瓷管的下端与不锈钢支架密封，在不锈钢支架的最下端与一底端封闭的陶瓷管相接，并在陶瓷管底部开有一微孔。支架和陶瓷管的连接处套有一用于密封的陶瓷管，
所述参比电极采用CO2和O2混合气体为参比气体。
本发明的工作原理：在该DCFC中，使用熔融碳酸盐做为电解质，CO3 2-在其中扩散，实现电荷的传导。使用纳米碳纤维或纳米碳管做为电池的阳极(或工作电极，研究电极)材料，发生碳的氧化反应C+2CO3 2-→3CO2+4e。采用新的对电极，即采用类似参比电极相同的进气结构，但是在底部增加一边长为3cm的正方形镍片收集电流，空气从镍片电极导线和反应管之间的间隙通入。发生反应
Figure C20061001549400051
。阴阳两极之间连接负载构成回路。采用黄金电极作为参比电极，与上述两个电极构成三电极体系，各电极通过导线与电化学工作站相连结，使用电化学工作站对体系进行电化学测量。
有益效果
随着石油资源的日趋紧缺和全球二氧化碳温室效应，提高能源过程的能效呼声益高。但目前燃煤的效率十分低下(仅3％)。高效地利用煤炭不仅可以节约化石燃料的使用量，还可以减少温室气体排放量，减少环境污染。本专利构建的碳燃料电池可以直接利用烃类催化裂解得到的碳纤维做阳极，得到比使用其它种类碳源更高的极化率和开路电压，(使用纳米碳纤维或纳米碳管做阳极的碳燃料电池的开路电压为0.84伏，纳米碳纤维阳极的极化率是石墨阳极的9倍，放电性能更为优越。)电效率高达82％，产生的二氧化碳容易收集。因此必然具有非常广阔的市场前景。
附图说明
图1为以纳米碳材料为阳极的碳燃料电池结构示意图。
其中：1-对电极，2-研究电极，3-参比电极。
图2为参比电极结构示意图。
其中：1-导线，2-进气仓，3-出气仓，4-不锈钢管，
      5-陶瓷管，6-陶瓷管，7-黄金电极，8-微孔
图3为对电极结构示意图。
其中：1-导线，2-进气仓，3-出气仓，4-陶瓷管，
      5-不锈钢管，6-侧孔，7-镍片，8-底端出孔
具体实施方式
把甲烷催化裂解制得的纳米碳纤维和纳米碳管填充在Φ6的氧化铝陶瓷管里，用200目的镍网封底，采用不锈钢管做电池内壁，构成研究电极。对电极采用双舱式进气结构，在对电极底部有一边长为3cm的正方形镍片收集电流，空气从镍片电极导线和反应管之间的间隙通入。参比电极采用黄金电极(Au|2CO2，1O2)，采用双舱式的结构，参比气体为CO2和O2混合气体，比例为2∶1，出口压力0.4MPa。反应釜从室温27℃加热到550℃，升温速率100℃/h。对电极处空气进气总量的压力为0.188MPa，流量为434.4ml/min。电池出口反应剩余气体流量为30ml/min，放空经过参比电极的混合气体流量为87.5ml/min。

Claims (8)

1.一种以纳米材料为阳极的碳燃料电池，其特征是以纳米碳纤维或纳米碳管作为阳极，以熔融碳酸盐为电解质，对电极和参比电极均采用双舱式进气结构，所述参比电极为黄金电极，并且此黄金电极采用CO2和O2混合气体为参比气体。
2.如权利要求1所述的碳燃料电池，其特征是所述纳米碳纤维或纳米碳管由甲烷催化裂解制得。
3.如权利要求2所述的碳燃料电池，其特征是所述纳米碳纤维或纳米碳管的使用方式为将其置于陶瓷多孔材料中并以金属网封底，或将其直接分散在电解质中，或直接用金属网包裹。
4.如权利要求3所述的碳燃料电池，其特征是所述陶瓷为氧化铝或者氧化锆，所述金属网为镍网或不锈钢网。
5.如权利要求4所述的碳燃料电池，其特征是所述电解质为碳酸钠、碳酸钾和碳酸锂三者或其中任意两者的熔融混合物。
6.如权利要求5所述的碳燃料电池，其特征是所述电解质为摩尔比为1∶1的碳酸钠和碳酸钾的熔融混合物，或摩尔比为3∶2的碳酸锂和碳酸钾熔融混合物，或摩尔比为1∶1∶1的碳酸钠，碳酸钾和碳酸锂三者的熔融混合物。
7.如权利要求6所述的碳燃料电池，其特征是所述对电极包括一金属导线和固定于导线尾端的镍片，在导线的外面包覆有一个不锈钢管为材料的支架，在不锈钢管的最上端和上半部分别罩有一个空心钢罩，钢罩的侧面开有一小孔并由一不锈钢管垂直导出，形成进气仓和出气仓，第一个钢罩上端密封，下端通过其内侧和不锈钢管顶端的外侧螺纹固定，并在钢罩上端和下端都用修补剂密封，在第二个钢罩下方的不锈钢支架侧壁开有一小孔，支架外面套有一陶瓷管，第二个钢罩上端同不锈钢管通过螺纹固定并用工业修补剂密封，下端开孔，孔的直径与紧贴其下方的陶瓷管相同，将其与陶瓷管连接密封，陶瓷管的下端与不锈钢支架密封。
8.如权利要求7所述的碳燃料电池，其特征是所述黄金电极由一镍棒和固定于镍棒尾端的一个黄金小圆饼组成，此黄金电极放置于一个由不锈钢管为材料的支架内，在不锈钢管的最上端和上半部分别罩有一个空心钢罩，两个钢罩的侧面均开有一小孔并由一不锈钢管垂直导出，形成进气仓和出气仓，第一个钢罩上端密封，下端通过其内侧和不锈钢管顶端的外侧螺纹固定，并在钢罩上端和下端都用修补剂密封，在第二个钢罩下方的不锈钢支架侧壁开有一小孔，支架外面套有一陶瓷管，第二个钢罩上端同不锈钢管通过螺纹固定并用修补剂密封，下端开孔，孔的直径与紧贴其下方的陶瓷管相同，将其与陶瓷管连接密封，陶瓷管的下端与不锈钢支架密封，在不锈钢支架的最下端与一底端封闭的陶瓷管相接，并在陶瓷管底部开有一微孔，支架和陶瓷管的连接处套有一用于密封的陶瓷管。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104659389B (zh) * 2013-11-18 2017-10-27 扬州雷鸥电业有限公司 直接固体碳燃料电池堆
CN114361533B (zh) * 2022-01-10 2024-01-30 华北科技学院(中国煤矿安全技术培训中心) 一种具备三电极结构的碳燃料电池系统的测试方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040229109A1 (en) * 2003-05-15 2004-11-18 The Regents Of The University Of California Carbon fuel particles used in direct carbon conversion fuel cells
US20050066573A1 (en) * 2003-09-30 2005-03-31 The Regents Of The University Of California Graphitized-carbon fiber/carbon char fuel
US6878479B2 (en) * 2001-06-13 2005-04-12 The Regents Of The University Of California Tilted fuel cell apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6878479B2 (en) * 2001-06-13 2005-04-12 The Regents Of The University Of California Tilted fuel cell apparatus
US20040229109A1 (en) * 2003-05-15 2004-11-18 The Regents Of The University Of California Carbon fuel particles used in direct carbon conversion fuel cells
US20050066573A1 (en) * 2003-09-30 2005-03-31 The Regents Of The University Of California Graphitized-carbon fiber/carbon char fuel

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