CN112531180A - 一种去除平板式电池阳极积炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种去除平板式电池阳极积炭的方法，该电池为固体氧化物燃料电池，该方法包括：用氧等离子体轰击电池表面清洗积炭；等离子体为在2.5～20kV/cm下的气体电离系统中用0.1mbar‑20mbar的高纯氧气激发的等离子体，本发明提供的方法可有效的去除SOFC电池阳极表面积炭，且不损伤电池，其大大提高了电池寿命，发电性能可以提高70％。
Description
技术领域
本发明属于能源转化技术燃料电池领域，具体涉及一种去除平板式固体氧化物燃料电池阳极积炭的方法。
背景技术
被认为有可能大规模应用的清洁高效新一代发电技术固体氧化物燃料电池(SOFC)具有效率高、寿命长、兼容多种燃料、副产热品质高等优点，其由电解质、阴极、阳极等核心部件构成，由于SOFC核心部件常采用天然气、水煤气、低品质氢气等含碳原料作为反应物，造成含碳气体在阳极(NiO等)分解生成碳单质，附着于活性表面，导致催化活性下降，使电池性能不可逆地衰减、寿命下降。
而现有等离子枪喷嘴在耐腐蚀、强度均不能满足用于去除SOFC电池片表面的碳层。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种去除平板式电池阳极积炭的方法。
本发明提供的技术方案如下：
一种去除平板式电池阳极积炭的方法，所述电池为固体氧化物燃料电池，所述方法包括：用氧等离子体轰击电池表面清洗积炭；
所述等离子体为在2.5～20kV/cm下的气体电离系统中用0.1mbar-20mbar的高纯氧气激发的等离子体。
进一步的，所述氧等离子体的功率与所述电池表面积成正比。
进一步的，用等离子枪轰击清洗电池表面，所述等离子枪包括：腔体、离子喷嘴和阻挡件；
所述离子喷嘴为具有上下两个开口的倒锥形结构，上开口连接所述腔体，下开口侧对应设置所述阻挡件。
进一步的，所述腔体设有连接所述气体电离系统的进气口。
进一步的，所述阻挡件远离所述下开口的一侧设有孔，所述等离子体通过该孔到达所述电池表面。
进一步的，所述阻挡件包括按质量百分比计的下述组分：C≤0.12、Cr 19.0～22.0、Ti 0.15～0.35、Al 0.15、Fe1.5、Mn≤0.7、Si≤0.8、P 0.03、S 0.02，余量为Ni和杂质。
进一步的，所述轰击的时间与所述电池使用时间成正比。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明提供的技术手段通过制备氧等离子体来轰击电池表面，使表面附着的碳单质转化为CO和CO2，从而达到去除阳极表面积炭，SOFC电池片重新活化的目的，其大大提高了电池寿命，发电性能从20％恢复到95～98％以上。
(2)本发明提供的技术方案操作简单、成本低，且对电池无损伤。
(3)本发明提供的等离子体喷枪强度高，耐腐蚀性优异，其大大提高了轰击的持续性和可靠性。
附图说明
图1本发明去除阳极积炭示意图；
图2本发明提供的等离子枪示意图，
1进气口；2腔体；3离子喷嘴；4阻挡件；5电池样品。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的技术方案作清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分，而不是全部。
本发明提出了一种去除平板式固体氧化物燃料电池阳极积炭方法，该方法包括
制备氧等离子体：
在2.5～20kV/cm的气体电离系统中通入分压为0.1mbar-20mbar的高纯氧气，激发为等离子体，该氧等离子体的功率为1-1000W，针对金属和氧化物占比不同的基阳极，采用不同的氧气分压，金属含量越高，采用越低分压的氧等离子体；金属含量越低，电解质和其他陶瓷材料含量越高，采用越高的氧气分压。
清洗轰击：
用等离子枪轰击清洗电池样品5表面，如图2所示，该等离子枪包括：腔体2、离子喷嘴3和阻挡件4；离子喷嘴为具有上下两个开口的倒锥形结构，上开口连接腔体，腔体2设有连接所述气体电离系统的进气口1；下开口侧对应设置阻挡件4，阻挡件4远离下开口的一侧设有孔，氧等离子体通过该孔轰击电池样品5阳极表面。阻挡件4为304以上不锈钢材质，轰击时间为1-1000s。
如图1所示，刚生产后的SOFC电池片表面不会有积炭产生。随着工作时间的进行，部分含碳材料在镍表面析出，其与镍的结合强度较大，无法和电解质传输过来的氧离子反应，而积累在阳极催化剂表面，仅仅采用氧气加热，甚至臭氧的方式，无法将顽固积炭去除。为此使用氧化性更强的氧等离子体自由基对积炭进行轰击可以打开表面的碳-碳化学键，其与氧反应逐渐生成羰基、一氧化碳、二氧化碳，从而形成气体被带出。而表面的金属催化剂(Ni基为主)与氧等离子体反应只会生成固态的金属氧化物，并在后续燃料电池工作过程中被氢气等燃料重新还原，因此这种方法对于阳极表面无损害。通过该工艺去除积炭后，SOFC电池片可以恢复到刚出场的性能，寿命被极大幅度延长。
实施例1
在10kV/cm的气体电离系统中通入分压为15mbar的高纯氧气，激发为等离子体，该氧等离子体的功率为10W，磁力偏转氧等离子体至垂直于电池阳极表面，用等离子枪轰击清洗50s，且测量其电池活性，结果如表1所示。
实施例2
在10kV/cm的气体电离系统中通入分压为15mbar的高纯氧气，激发为等离子体，该氧等离子体的功率为100W，磁力偏转氧等离子体至垂直于电池阳极表面，用等离子枪轰击清洗250s，且测量其电池活性，结果如表1所示。
实施例3
在10kV/cm的气体电离系统中通入分压为15mbar的高纯氧气，激发为等离子体，该氧等离子体的功率为1000W，磁力偏转氧等离子体至垂直于电池阳极表面，用等离子枪轰击清洗1000s，且测量其电池活性，结果如表1所示。
表1.各实施例工艺参数及活性
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种去除平板式电池阳极积炭的方法，所述电池为固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述方法包括：用氧等离子体轰击电池表面清洗积炭；
所述等离子体为在2.5～20kV/cm下的气体电离系统中用0.1mbar-20mbar的高纯氧气激发的等离子体。
2.如权利要求1所述的一种去除平板式电池阳极积炭的方法，其特征在于，所述氧等离子体的功率与所述电池表面积成正比。
3.如权利要求1所述的一种去除平板式电池阳极积炭的方法，其特征在于，所述氧等离子体通过等离子枪轰击清洗电池表面，所述等离子枪包括：腔体、离子喷嘴和阻挡件；
所述离子喷嘴为具有上下两个开口的倒锥形结构，上开口连接所述腔体，下开口侧对应设置所述阻挡件。
4.如权利要求3所述的一种去除平板式电池阳极积炭的方法，其特征在于，所述腔体设有连接所述气体电离系统的进气口。
5.如权利要求3所述的一种去除平板式电池阳极积炭的方法，其特征在于，所述阻挡件远离所述下开口的一侧设有孔，所述等离子体通过该孔到达所述电池表面。
6.如权利要求3所述的一种去除平板式电池阳极积炭的方法，其特征在于，所述阻挡件包括按质量百分比计的下述组分：C≤0.12、Cr 19.0～22.0、Ti 0.15～0.35、Al 0.15、Fe1.5、Mn≤0.7、Si≤0.8、P 0.03、S 0.02，余量为Ni和杂质。
7.如权利要求1所述的一种去除平板式电池阳极积炭的方法，其特征在于，所述轰击的时间与所述电池使用时间成正比。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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