CN101442127A - 以碱处理提高直接炭燃料电池炭活性的方法 - Google Patents

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王贵领
曹殿学
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Abstract

本发明提供的是一种以碱处理提高直接炭燃料电池炭活性的方法。按照碱与炭的体积比为2～3∶1的比例，将炭阳极在80℃下浸泡时间1～2h，其中碱的浓度为1～3M。本发明提出了一种用碱处理提高MCDCFC炭阳极性能的方法，碱处理克服了现有炭阳极灰分大，亲水性小和比表面低等缺点，解决了MCDCFC炭阳极放电电流小的问题。其特征在于炭阳极在使用前用碱进行处理，从而增大了炭阳极的反应活性，同时又与熔融碳酸盐的酸碱性保持一致。

Description

以碱处理提高直接炭燃料电池炭活性的方法
(一)技术领域
本发明涉及的是一种改善直接炭燃料电池的性能的方法，具体地说是一种利用碱处理提高熔融碳酸盐型直接炭燃料电池(MCDCFC)炭阳极电化学活性的方法。
(二)背景技术
燃料电池是一种直接将化学能高效、环境友好地转变为电能的电化学器件，是一种绿色能量转换装置，可同时解决节能和环保两大世界难题。以固体炭直接为燃料的的MCDCFC具有效率高、污染小和噪音低等诸多优点，是一种绿色电站，其反应原理示意如下：
阳极：C+2CO3 2-→3CO2+4e-         (1)
阴极：O2+2CO2+4e-→2CO3 2-       (2)
总反应：C+O2→2CO2                        (3)
目前，提高MCDCFC的固体炭阳极活性的方式主要有升高温度、减小炭粒径和酸处理等方式，升高温度来提高炭阳极活性不仅浪费能源，而且增高了材料的耐腐蚀和耐高温性能；依靠减小炭粒径来提高炭阳极活性是有限度的，也就是说炭粒径不能无限地减小下去。造成炭电化学活性低的主要原因是由于炭是非亲水性的，对于极性的溶剂亲和力低，又由于炭的表面总会存有Na，K，Si，Al，Zn，P，N，Fe，Ca和其它一些元素，所以CO3 2-难以同炭表面进行有效地接触，不利于(1)式的反应，导致炭的电化学活性较小。酸处理虽然能解决上述问题，但又会同熔融碳酸盐发生中和反应，降低了直接炭燃料电池的性能，可参阅王贵领，王静，曹殿学等，炭在熔融碳酸盐中的直接电化学氧化性能.高等学校化学学报，2008，29(9)：1829-1833.(SCI)。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种能增大炭阳极的反应活性，同时又与熔融碳酸盐的酸碱性保持一致的以碱处理提高直接炭燃料电池炭活性的方法。
本发明的目的是这样实现的：
按照碱与炭的体积比为2～3：1的比例，将炭阳极在80℃下浸泡时间1～2h，其中碱的浓度为1～3M。
所述的碱是NaOH、KOH或它们的混合物。
本发明提出了一种用碱处理提高MCDCFC炭阳极性能的方法，碱处理克服了现有炭阳极灰分大，亲水性小和比表面低等缺点，解决了MCDCFC炭阳极放电电流小的问题。其特征在于炭阳极在使用前用碱进行处理，从而增大了炭阳极的反应活性，同时又与熔融碳酸盐的酸碱性保持一致。本发明的实质是在MCDCFC的基础上，通过预先对炭进行碱处理，加大了炭电化学性能，提高了炭阳极的放电性能。
本发明的优点在于采用碱处理MCDCFC的阳极炭，碱处理首先能清除(至少部分地)活性炭的杂质，减少炭中的灰分，进而增大炭的比表面积和总的孔体积；第二可以使炭的表面暴露出更多的不饱和碳原子、缺陷、位错和断层，这些位置有很多的未成对电子，有很强的吸附作用；第三碱处理可能分解炭表面的酸性和中性基团，产生更多的碱性基团，而碱性基团将有利于吸引溶液中的阴离子，可以降低炭的疏水性；第四与熔融碳酸盐的酸碱性保持一致。因而能显著提高以炭粉为燃料的MCDCFC的性能。
(四)具体实施方式
下面举例对本发明做更详细地描述：
具体实施方式1
采用NaOH处理炭阳极，碱与炭的体积比为2:1，碱的浓度为2M，80℃浸泡时间1h。以NiO为阴极(由泡沫Ni经原位氧化和锂化获得)，0.5atm O2/CO2＝1:2为氧化剂，γ-LiAlO2膜为电解质载体隔膜，制备MCDCFC，在700℃，0.78V电压下，电流密度达133mA/cm2，对应功率密度达95mW/cm2。
具体实施方式2
采用KOH处理炭阳极，碱与炭的体积比为2:1，碱的浓度为2M，80℃浸泡时间1h。以NiO为阴极(由泡沫Ni经原位氧化和锂化获得)，0.5atm O2/CO2＝1:2为氧化剂，γ-LiAlO2膜为电解质载体隔膜，制备MCDCFC，在700℃，0.85V电压下，电流密度达137mA/cm2，对应功率密度达110mW/cm2。
具体实施方式3
采用NaOH和KOH(摩尔比1:1)处理炭阳极，碱与炭的体积比为2:1，碱的浓度为2M，80℃浸泡时间1h。以NiO为阴极(由泡沫Ni经原位氧化和锂化获得)，0.5atm O2/CO2＝1:2为氧化剂，γ-LiAlO2膜为电解质载体隔膜，制备MCDCFC，在700℃，0.85V电压下，电流密度达142mA/cm2，对应功率密度达118mW/cm2。

Claims (5)

1、一种以碱处理提高直接炭燃料电池炭活性的方法，其特征是：按照碱与炭的体积比为2～3：1的比例，将炭阳极在80℃下浸泡时间1～2h，其中碱的浓度为1～3M。
2、根据权利要求1所述的以碱处理提高直接炭燃料电池炭活性的方法，其特征是：所述的碱是NaOH、KOH或它们的混合物。
3、根据权利要求2所述的以碱处理提高直接炭燃料电池炭活性的方法，其特征是：所述的碱是NaOH，碱与炭的体积比为2：1，碱的浓度为2M，浸泡时间为1h。
4、根据权利要求2所述的以碱处理提高直接炭燃料电池炭活性的方法，其特征是：所述的碱是KOH，碱与炭的体积比为2：1，碱的浓度为2M，浸泡时间为1h。
5、根据权利要求2所述的以碱处理提高直接炭燃料电池炭活性的方法，其特征是：所述的碱是NaOH与KOH摩尔比为1：1的混合物，碱与炭的体积比为2：1，碱的浓度为2M，浸泡时间为1h。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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