专利名称：熔融碳酸盐燃料电池隔膜的陶瓷浆料的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种燃料电池技术领域的材料，特别是一种熔融碳酸盐燃料电池隔膜的陶瓷浆料。
背景技术：
熔融碳酸盐燃料电池一般以多孔氧化镍为阴极，多孔金属镍为阳极，碳酸锂/碳酸钾(Li2CO3/K2CO3)或碳酸锂/碳酸钠(Li2CO3/Na2CO3)组成的低共熔混合物作为电解质，在500℃以上熔化后的电解质分散在由亚微米级的α-偏锂酸铝(α-LiAlO2)或γ-偏锂酸铝(γ-LiAlO2)粉料为主要原料的隔膜中。该隔膜的性能，如孔隙率、孔径、机械强度等，都直接影响到电池的性能和寿命。因此隔膜材料是熔融碳酸盐燃料电池的关键材料之一。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号97111018.2的发明专利涉及熔融碳酸盐燃料电池隔膜的制备方法，该专利把LiAlO2粉末放入到正丁醇和乙醇组成的混合有机溶剂中，再加入聚乙烯醇缩丁醛粘接剂和邻苯二甲酸二正辛酯增塑剂，雪鱼油分散剂，硅油消泡剂，球磨33小时后，把浆料倒在玻璃板上流延成膜。干燥后得到的三张膜层叠后热压，就得到了熔融碳酸盐燃料电池的隔膜。该方法的不足之处，是采用了手工流延的方法，膜的平整度和厚薄等都不能很好地加以控制，且加工的速度很慢，不能达到工业化生产的要求。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足，提供了一种熔融碳酸盐燃料电池隔膜的陶瓷浆料，使其适用于流延机的连续自动成膜，可以精确地控制膜的厚度以及平整度，达到了工业化制备熔融碳酸盐燃料电池隔膜的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明各组分及重量百分比为α-LiAlO222-30％；分散剂0.3-1％；粘结剂3.1-4.4％；增塑剂3.1-4.4％；增强剂1.5-2.2％；溶剂62-66％。
α-LiAlO2的粒径在0.01-0.3微米之间，Al2O3纤维为多晶结构。
分散剂选用磷酸三乙酯。
粘结剂选用聚乙稀醇缩丁醛。
增塑剂选用聚乙二醇。
增强剂选用Al2O3纤维。
溶剂选用丁酮和乙醇的混合溶剂，丁酮的所占混合溶剂的重量百分比大于60％。
本发明上述的浆料制备如下按照配方在球磨罐中放入α-LiAlO2，丁酮和乙醇的混合溶剂以及磷酸三乙酯，球磨2小时；然后加入聚乙稀醇缩丁醛和聚乙二醇后，再球磨2小时；最后加入Al2O3纤维后球磨半小时。把球磨后的浆料消去气泡后，倾倒在流延机的料斗中，设定的刮刀高度为0.5毫米，烘道温度为45℃，在运动的塑料膜带上成膜。选用从流延机上取下的膜两张，毛面向里，光面向外，相对放置，在60℃的压机上，压力为1MPa，预热3分钟，然后，用4Mpa的压力，热压4分钟，就得到了熔融碳酸盐燃料电池的隔膜。该隔膜的厚度为0.3-0.6毫米之间，平均孔径0.3-0.4μm，平均孔隙率50-60％。
实验证明，采用本发明的浆料，能够在工业化的流延机上稳定地成膜，干燥后可以和塑料衬底膜带很容易地分离，热压成型后，达到了熔融碳酸盐燃料电池的隔膜的技术指标。为商业化生产熔融碳酸盐燃料电池的隔膜材料奠定了基础。
具体实施例方式
结合本发明的内容提供以下实施例实施例一按照以下配方配料α-LiAlO222％；分散剂0.3％；粘结剂3.1％；增塑剂3.1％；增强剂1.5％；溶剂62％。具体为α-LiAlO2880克；丁酮1650克；乙醇830克；磷酸三乙酯12克；聚乙稀醇缩丁醛124克；聚乙二醇124克；Al2O3纤维60克。
首先按照上述配方在球磨罐中放入α-LiAlO2，丁酮和乙醇的混合溶剂以及磷酸三乙酯，球磨2小时；然后加入聚乙稀醇缩丁醛和聚乙二醇后，再球磨2小时；最后加入Al2O3纤维后球磨半小时。把球磨后的浆料消去气泡后，倾倒在流延机的料斗中，设定的刮刀高度为0.5毫米，烘道温度为45℃，在运动的塑料膜带上成膜。选用从流延机上取下的膜两张，毛面向里，光面向外，相对放置，在60℃的压机上，压力为1MPa，预热3分钟，然后，用4Mpa的压力，热压4分钟，就得到了熔融碳酸盐燃料电池的隔膜。该隔膜的厚度为0.3毫米之间，平均孔径0.3μm，平均孔隙率50％。
实施例二按照以下配方配料α-LiAlO230％；分散剂1％；粘结剂4.4％；增塑剂4.4％；增强剂2.2％；溶剂66％。具体为α-LiAlO21200克；磷酸三乙酯40克；聚乙稀醇缩丁醛1760克；聚乙二醇1760克；Al2O3纤维88克；丁酮1800克；乙醇840克。
按照实施例一的具体制备方法，可以得到熔融碳酸盐燃料电池的隔膜。该隔膜的厚度为0.6毫米，平均孔径0.4μm，平均孔隙率60％。
实施例三按照以下配方配料α-LiAlO227％；分散剂0.6％；粘结剂3.8％；增塑剂3.8％；增强剂1.9％；溶剂64％。具体为α-LiAlO21080克；磷酸三乙酯24克；聚乙稀醇缩丁醛152克；聚乙二醇152克；Al2O3纤维76克；丁酮1700克；乙醇860克。
按照实施例一的具体实验方法，可以得到了熔融碳酸盐燃料电池的隔膜。该隔膜的厚度为0.4毫米，平均孔径0.3μm，平均孔隙率55％。
实施例四把实施例二得到的熔融碳酸盐燃料电池隔膜，配以K2CO3/Na2CO3电解质盐，两端放上阴极和阳极，阴极一端通入空气和二氧化碳，阳极一端通入氢气，把电池加热到650℃，可以得到开路电压为1.06V，在5OmA/cm2电流密度下，电池电压为0.93V，在100mA/cm2电流密度下，电池电压为0.85V，在150mA/cm2电流密度下，电池电压为0.78V。
权利要求
1.一种熔融碳酸盐燃料电池隔膜的陶瓷浆料，其特征在于，各组分及重量百分比为α-LiAlO222-30％，分散剂0.3-1％，粘结剂3.1-4.4％，增塑剂3.1-4.4％，增强剂1.5-2.2％，溶剂62-66％。
2.根据权利要求1所述的熔融碳酸盐燃料电池隔膜的陶瓷浆料，其特征是，α-LiAlO2的粒径在0.01-0.3微米之间，Al2O3纤维为多晶结构。
3.根据权利要求1所述的熔融碳酸盐燃料电池隔膜的陶瓷浆料，其特征是，分散剂选用磷酸三乙酯。
4.根据权利要求1所述的熔融碳酸盐燃料电池隔膜的陶瓷浆料，其特征是，粘结剂选用聚乙稀醇缩丁醛。
5.根据权利要求1所述的熔融碳酸盐燃料电池隔膜的陶瓷浆料，其特征是，增塑剂选用聚乙二醇。
6.根据权利要求1所述的熔融碳酸盐燃料电池隔膜的陶瓷浆料，其特征是，增强剂选用Al2O3纤维。
7.根据权利要求1所述的熔融碳酸盐燃料电池隔膜的陶瓷浆料，其特征是，溶剂选用丁酮和乙醇的混合溶剂，丁酮的所占混合溶剂的重量百分比大于60％。
8.根据权利要求1所述的熔融碳酸盐燃料电池隔膜的陶瓷浆料，其特征是，所得隔膜的厚度为0.6-1毫米之间，平均孔径0.3-0.4μm，平均孔隙率50-60％。
全文摘要
一种燃料电池技术领域的熔融碳酸盐燃料电池隔膜的陶瓷浆料。本发明各组分及重量百分比为α－LiAlO
文档编号H01M8/02GK1794487SQ20061002322
公开日2006年6月28日 申请日期2006年1月12日 优先权日2006年1月12日
发明者屠恒勇, 余晴春 申请人:上海交通大学