CN1150646C - 用LiFeO2包覆熔融碳酸盐燃料电池氧化镍阴极的方法 - Google Patents

用LiFeO2包覆熔融碳酸盐燃料电池氧化镍阴极的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1150646C
CN1150646C CNB021117977A CN02111797A CN1150646C CN 1150646 C CN1150646 C CN 1150646C CN B021117977 A CNB021117977 A CN B021117977A CN 02111797 A CN02111797 A CN 02111797A CN 1150646 C CN1150646 C CN 1150646C
Authority
CN
China
Prior art keywords
nickel oxide
plate
nickel
solution
carbonate fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB021117977A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1379492A (zh
Inventor
飞 李
李飞
王春明
胡克鳌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CNB021117977A priority Critical patent/CN1150646C/zh
Publication of CN1379492A publication Critical patent/CN1379492A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1150646C publication Critical patent/CN1150646C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

用LiFeO2包覆熔融碳酸盐燃料电池氧化镍阴极的方法属于燃料电池领域。具体方法为：(1)制成Li+浓度为0.005-0.5mol/L的溶液；(2)采用轧辊法或流延法成型素坯，然后在还原气氛或真空下烧结将素坯烧结成多孔金属镍板，再将金属镍板或预先在空气中氧化得到的氧化镍板浸入溶液中，在真空度低于2×104Pa条件下保持10-60分钟；(3)将上述的金属镍板或氧化镍板置于75℃的烘箱中烘干，再转移至预热到650℃的坩埚电炉中保温1-10小时；(4)将步骤(2)中得到的处理后的氧化镍板再在硝酸盐与燃料的水溶液中浸润，然后重复步骤(3)中的过程一次、或多次。本发明具有实质性特点和显著进步，明显降低氧化镍在熔融碳酸盐中的溶解速率，延长了电池的工作寿命。

Description

用LiFeO2包覆熔融碳酸盐燃料电池氧化镍阴极的方法
技术领域
本发明涉及的是一种熔融碳酸盐燃料电池，特别是一种用LiFeO2包覆熔融碳酸盐燃料电池氧化镍阴极的方法，属于燃料电池领域。
背景技术
燃料电池是一种能够连续地将氢气、甲醇、烃类等燃料的化学能直接转化为电能的化学电源装置。它在实现能量转化的过程中无须热机的燃烧过程和传动设备，其效率不受卡诺循环的限制，故能量转化效率可高达60-80％，为内燃机的2-3倍。燃料电池完成化学能到电能的转变是通过电化学过程进行的，反应过程的排出物通常是可以饮用的水，不产生CO和NOx，也没有硫和微粒排出，所以不会造成环境污染。燃料电池没有运动件，没有振动，噪音很低，其电极仅作为化学反应的场所和导电的通道，本身不参与化学反应，故损耗小，寿命长。熔融碳酸盐燃料电池属于一种高温的燃料电池，采用多孔Ni/Al(Cr)作阳极，NiO为阴极，Li2CO3/K2CO3或Li2CO3/Na2CO3的低共熔混合物为电解质，LiAlO2为电解质板材料，在650℃下工作。它可将天然气或煤气经催化重整后直接通入电池阳极参加电化学反应而产生电，因此非常适合大规模及高效率的电站使用。熔融碳酸盐燃料电池阴极在熔融碳酸盐中的溶解制约了这种燃料电池的工作寿命，而对传统的氧化镍阴极进行表面改性则是降低其溶解度的一种途径。经文献检索发现，由作者：Seung Taek Kuk，Young SeckSong，Keon Kim，发表一文：《Properties of a new type of cathode for moltencarbonate fuel cells》(一种新型熔融碳酸盐燃料电池阴极的特性)，《Journalof Power Sources》(能源杂志)83(1999)50-56。最近几年，采用Sol-gel法在氧化镍表面进行了包覆LiCoO2处理，发现这种电极在熔融碳酸盐中的溶解度低于氧化镍。但是，作为一种战略物资，金属钴的价格相对比较昂贵，如果制造大功率(100KW以上)的燃料电池，其消耗的钴的量是相当可观的，因此其应用受到了一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用LiFeO2包覆熔融碳酸盐燃料电池氧化镍阴极的方法，采用低温燃烧法在多孔氧化镍阴极板的表面及孔的内表面包覆一层铁酸锂(LiFeO2)纳米颗粒，可减少氧化镍与熔融碳酸盐的接触面积，在一定程度上降低氧化镍在熔融碳酸盐中的溶解速率，延长燃料电池的使用寿命，同时，制备工艺简单，效率高，所用原料成本非常低廉，满足大规模生产的需要。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的具体方法为：
(1)、将摩尔比为Li∶Fe＝1∶1的硝酸锂(LiNO3)和硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)以及化学配比的柠檬酸(C6H8O7·H2O)一起溶于蒸馏水中，制成Li+浓度为0.005-0.5mol/L的溶液；
(2)、采用轧辊法或流延法成型素坯，然后在还原气氛或真空下烧结将素坯烧结成多孔金属镍板，再将金属镍板或预先在空气中氧化得到的氧化镍板浸入溶液中，在真空度低于2×104Pa条件下保持10-60分钟，使溶液充分浸润多孔镍或氧化镍板；
(3)、将上述的金属镍板或氧化镍板置于75℃的烘箱中烘干，再转移至预热到650℃的坩埚电炉中保温1-10小时；
(4)、将步骤(2)中得到的处理后的氧化镍板再在硝酸盐与燃料的水溶液中浸润，然后重复步骤(3)中的过程一次、或多次，得到纳米LiFeO2粉体包覆的多孔氧化镍熔融碳酸盐燃料电池阴极板。
本发明具有实质性特点和显著进步，经实际使用证明，在相同条件下，在200小时后，采用低温燃烧法制备的LiFeO2包覆的氧化镍阴极在熔融Li/K碳酸盐中的溶解度为13.5mol ppm(Ni2+)，而氧化镍的溶解度为34.5mol ppm(Ni2+)；在Li/Na碳酸盐中，前者的溶解度为7.9mol ppm(Ni2+)，而后者的溶解度为13.5mol ppm。说明在氧化镍表面包覆纳米LiFeO2颗粒，可明显降低氧化镍在熔融碳酸盐中的溶解速率，这也意味着延长了沉积在LiAlO2电解质板中的金属镍造成熔融碳酸盐燃料电池短路的时间，即延长了电池的工作寿命。熔融碳酸盐燃料电池单电池的发电性能说明，以LiFeO2包覆的氧化镍作为阴极的单电池的开路电压可达到1.074V，在150mA/cm2的电流密度下的电压可达到0.75-0.8V(阴极气氛组成为70％空气/30％CO2)，单电池的功率密度可达到0.11W/cm2以上；而在相同的条件下，以氧化镍作为阴极的单电池在电流密度为150mA/cm2时的电压仅为0.67V左右，功率密度低于0.10W/cm2。寿命实验表明，以LiFeO2包覆的氧化镍作为阴极的熔融碳酸盐燃料电池单电池经500小时的发电后，其电性能依然保持稳定，没有降低，而以氧化镍作为阴极的单电池在经300小时发电后，其性能即呈下降趋势，这表明LiFeO2包覆层在一定程度上还可阻止氧化镍阴极板的微观结构孔隙率和孔径分布的破坏，从而使电池的电性能保持稳定。
具体实施方式
实例一：将摩尔比为Li∶Fe＝1∶1的硝酸锂(LiNO3)和硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)以及化学配比的柠檬酸(C6H8O7·H2O)一起溶于蒸馏水中，使锂离子浓度为0.005mol/L，然后将多孔金属镍板或氧化镍板浸润到该溶液中，在真空度低于200毫巴条件下保持30分钟，将其置于75℃的烘箱中烘干，再转移至预热到650℃的坩埚电炉中保温5小时，将此过程重复8次。得到的阴极板表面包覆的LiFeO2颗粒细小，多次重复可得致密的包覆层，可显著降低氧化镍在熔融碳酸盐中的溶解度，延长熔融碳酸盐燃料电池的工作寿命。
实例二：将摩尔比为Li∶Fe＝1∶1的硝酸锂(LiNO3)和硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)以及化学配比的柠檬酸(C6H8O7·H2O)一起溶于蒸馏水中，使锂离子浓度为0.05mol/L，然后将多孔金属镍板或氧化镍板浸润到该溶液中，在真空度低于200毫巴的条件下保持30分钟，将其置于75℃的烘箱中烘干，再转移至预热到650℃的坩埚电炉中保温5小时，将此过程重复2次。得到的阴极板表面包覆的LiFeO2颗粒相对实例一中的大，但仍能保持纳米级，可显著降低氧化镍在熔融碳酸盐中的溶解度，延长熔融碳酸盐燃料电池的工作寿命。
实例三：将摩尔比为Li∶Fe＝1∶1的硝酸锂(LiNO3)和硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)以及化学配比的柠檬酸(C6H8O7·H2O)一起溶于蒸馏水中，使锂离子浓度为0.5mol/L，然后将多孔金属镍板或氧化镍板浸润到该溶液中，在真空度低于200毫巴的条件下保持30分钟，将其置于75℃的烘箱中烘干，再转移至预热到650℃的坩埚电炉中保温5小时，将此过程重复1次。得到的阴极板表面包覆的LiFeO2颗粒相对前两种情况大，但仍保持纳米级，包覆层较粗糙。因溶液浓度较高，因此减少重复处理次数，得到的包覆层相对较厚，可在一定程度上降低氧化镍在熔融碳酸盐中的溶解度，延长熔融碳酸盐燃料电池的工作寿命。

Claims (1)

1、一种用LiFeO2包覆熔融碳酸盐燃料电池氧化镍阴极的方法，其特征在于具体方法为：
(1)、将摩尔比为Li∶Fe＝1∶1的硝酸锂和硝酸铁以及化学配比的柠檬酸一起溶于蒸馏水中，制成Li+浓度为0.005-0.5mol/L的溶液；
(2)、采用轧辊法或流延法成型素坯，然后在还原气氛或真空下烧结将素坯烧结成多孔金属镍板，再将金属镍板或预先在空气中氧化得到的氧化镍板浸入溶液中，在真空度低于2×104Pa条件下保持10-60分钟，使溶液充分浸润多孔镍或氧化镍板；
(3)、将上述的金属镍板或氧化镍板置于75℃的烘箱中烘干，再转移至预热到650℃的坩埚电炉中保温1-10小时；
(4)、将步骤(2)中得到的处理后的氧化镍板再在硝酸盐与燃料的水溶液中浸润，然后重复步骤(3)中的过程一次、或多次，得到纳米LiFeO2粉体包覆的多孔氧化镍熔融碳酸盐燃料电池阴极板。
CNB021117977A 2002-05-23 2002-05-23 用LiFeO2包覆熔融碳酸盐燃料电池氧化镍阴极的方法 Expired - Fee Related CN1150646C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB021117977A CN1150646C (zh) 2002-05-23 2002-05-23 用LiFeO2包覆熔融碳酸盐燃料电池氧化镍阴极的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB021117977A CN1150646C (zh) 2002-05-23 2002-05-23 用LiFeO2包覆熔融碳酸盐燃料电池氧化镍阴极的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1379492A CN1379492A (zh) 2002-11-13
CN1150646C true CN1150646C (zh) 2004-05-19

Family

ID=4741750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB021117977A Expired - Fee Related CN1150646C (zh) 2002-05-23 2002-05-23 用LiFeO2包覆熔融碳酸盐燃料电池氧化镍阴极的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1150646C (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100388541C (zh) * 2005-09-08 2008-05-14 上海交通大学 干法制备熔融碳酸盐燃料电池电极的方法
CN101834292B (zh) * 2010-04-23 2012-06-27 北京科技大学 一种表面复合的层状锂锰镍氧化物正极材料及其制备方法
CN105322188A (zh) * 2015-10-28 2016-02-10 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种水基流延制备熔融碳酸盐燃料电池改性镍电极的方法
DE102016000799A1 (de) * 2016-01-27 2017-07-27 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Herstellung von keramischen Kathodenschichten auf Stromkollektoren
CN110048120B (zh) * 2019-04-23 2020-09-25 王柯娜 一种纳米铁酸锂的制备方法
CN115295797B (zh) * 2022-07-13 2023-07-04 深圳市德方创域新能源科技有限公司 铁系正极补锂材料及其制备方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN1379492A (zh) 2002-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102394305B (zh) 一种泡沫铜氧化物/铜锂离子电池负极及其制备方法
CN111224115B (zh) 一种锌基电池负极及其制备和应用
CN101165964A (zh) 一种不对称的二次空气燃料电池
CN101752575A (zh) 质子交换膜燃料电池金属双极板表面涂层的制备方法
WO2023082505A1 (zh) 原位包覆硼酸盐的氧化物复合正极材料、制备方法和用途
CN111244470B (zh) 一种纳米复合阴极及其制备和应用
CN1150646C (zh) 用LiFeO2包覆熔融碳酸盐燃料电池氧化镍阴极的方法
CN103985888B (zh) 陶瓷膜燃料电池用连接材料薄膜和电解质薄膜的制备方法
CN112448010B (zh) 一种多孔性次毫米层与高致密性复合微米层连接的多层结构复合块材的制备方法
CN116177556B (zh) 钠电正极材料及其前驱体、以及制备方法和应用
CN116082028B (zh) 一种质子陶瓷燃料电池阳极材料、制备方法以及在直接氨燃料电池中的用途
CN105304895A (zh) 含锂金属氧化物锂电纳米电极材料及其制备方法
CN109841840A (zh) 一种高温电解池用复合燃料电极及其制备方法
CN110875482A (zh) 一种利用石墨为碳源在不锈钢双极板表面制备碳膜的方法
CN113307261B (zh) 一种适用于快充锂离子电池的石墨层间化合物负极材料的制备方法及其产品和应用
CN115148946A (zh) 锂硫电池正极极片的制备方法以及锂硫电池
CN1167158C (zh) 熔融碳酸盐燃料电池氧化镍基阴极的制备方法
CN108134097B (zh) 一种用于低温固体燃料电池的钙钛矿型阴极的制备方法
CN108807889B (zh) 一种多孔铁掺杂钒氧化物电极材料的制备方法及其应用
CN113224282B (zh) 一种锂硫电池用ldh基氧化物包覆硫颗粒复合正极材料及其制备方法
CN112609210A (zh) 一种CeO2掺杂Cu/Mn复合膜/微晶界面层与金属基复合连接体及其制备方法
CN105655596A (zh) 一种具有高耐久力的军用燃料电池
CN1177384C (zh) 原位纳米Al2O3粒子增强的多孔镍阳极的制作方法
CN104319408A (zh) 银铜纳米合金空气电极催化剂层及其沉积方法
CN216947222U (zh) 一种甲烷高温辅助制合成气的电解池

Legal Events

Date Code Title Description
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee