一种具有高耐久力的军用燃料电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池技术领域，特别是一种具有高耐久力的军用燃料电池。
【背景技术】
[0002]熔融碳酸盐燃料电池属于高温燃料电池，与低温燃料电池相比，熔融碳酸盐燃料电池的成本低、效率高，具有十分强劲的优势。首先，在工作温度下，熔融碳酸盐燃料电池可以进行内部重整燃料，例如在阳极反应室进行甲烷的重整反应，重整反应所述热量由电池反应的余热提供;其次，熔融碳酸盐燃料电池的工作温度为6500C?7000C，其余热可以用来压缩反应气体以提高电池性能，也可以用于供暖;再次，燃料重整时产生的CO可以作为熔融碳酸盐燃料电池的燃料，且由于熔融碳酸盐燃料电池属于高温燃料电池，不会受到CO的中毒催化剂的威胁;最后熔融碳酸盐燃料电池的催化剂为镍合金，不必使用贵金属，其成本低廉。
[0003]而现有的熔融碳酸盐燃料电池在高温及电池组装压力下容易产生蠕变，若采用煤制气作为燃料，还需要提高阳极的抗硫化能力，而在阴极，镍溶解在电解质中，向阳极迀移，沉淀，最后由于酸性溶解机理，可能造成电池短路。
[0004]专利申请号:CN201310287682.4公开了一种熔融碳酸盐燃料电池结构，相对于传统的熔融碳酸盐燃料电池，其特点主要包括有序化隔膜和有序化电极。其特征在于所述的熔融碳酸盐燃料电池，采用的隔膜和电极均具有有序化孔道结构，由于其本身具有有序的孔道结构，在其启动过程中不再需要长时间的隔膜焙烧过程，大幅度减少了熔融碳酸盐燃料电池的首次启动时间。同时，其隔膜和电极的有序化孔道结构有利于反应物和生成物的物质传输，减少了传质极化，有利于电池性能的提高。该发明主要提供了一种熔融碳酸盐燃料电池的制作方法，与本发明所述完全不同，本发明主要针对熔融碳酸盐燃料电池的性能增幅，如解决传统熔融碳酸盐燃料电池阳极被硫化的问题，解决传统熔融碳酸盐阴极易发生酸性溶解腐蚀并致使电池短路的问题，与上述发明的主要技术特征不同，解决的技术问题不同，因此，属于不同的范畴。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有高耐久的军用燃料电池，该燃料电池解决了传统燃料电池性能低下，效率慢的问题，避免了传统燃料电池阳极易被煤制气影响，致使阳极被硫化的问题，避免传统阴极被酸性溶解导致电池短路的问题。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种具有高耐久力的军用燃料电池，包括电解质隔膜、集流板以及设于电解质隔膜两侧的阳极和阴极，所述电解质隔膜为上隔膜、下隔膜与多孔金属组合在一起的复合隔膜，位于上隔膜表面层和下隔膜表面层设有垂直于上隔膜和下隔膜的通孔结构，所述通孔结构包括六方棒状和四方片状结构，所述阳极和所述阴极设有与电解质隔膜相同的通孔结构，阳极的材料为Ni与Cr、Al形成的合金材料，位于阳极表面包覆有一层N1-Fe-Cr耐热合金，阴极由Ii和Ni的氧化物组成，所述集流板分别设于阳极和阴极外，集流板为镍基合金钢制成，所述电解质隔膜与所述阳极和所述阴极之间依靠毛细力实现平衡。
[0007]熔融碳酸盐燃料电池的核心部分即为电解质隔膜，所述电解质隔膜需要具备隔离电池阳极与电池阴极的作用，同时还得作为碳酸盐电解质的载体，成为碳酸离子运动的通道。因此，在本发明中，电解质隔膜的材料为LiAlO2t3不同结构的电解质隔膜，其性能也不相同，本发明中包括有六方棒状通孔结构的电解质隔膜和四方片状通孔结构的电解质隔膜，在工作状态下，不同通孔结构的电解质隔膜其化学反应的效率亦不相同。
[0008]优选地，电解质隔膜的厚度为0.3?0.6_，孔隙率为60%?70%，平均通孔半径为
0.25?0.8um，本发明的电解质隔膜采用小的通孔半径和大的孔隙率，使得电解质隔膜可承受阴极和阳极的压力增大。
[0009]优选地，阳极的厚度为0.3?0.5mm，孔隙率为60%?70%，平均通孔半径为3?6um。
[0010]优选地，阴极的厚度为0.3?0.7mm，孔隙率为60%?70%，平均通孔半径为5?8um0
[0011]优选地，电解质隔膜材料包括表面呈六方棒状结构通孔和四方片状结构通孔的电解质隔膜制备步骤，其具体如下:
[0012]a、六方棒状电解质隔膜:采用Al2O3原料与Li2CO3原料在400°C?500°C的温度范围下反应5h，再调整反应温度为500 0C?650 0C持续反应1h，再由650 °C?700 °C的温度范围下反应1h即得；
[0013]b、四方片状的电解质隔膜:采用LiAlO2粗料在900°C温度下焙烧30h即得。
[0014]优选地，阳极和阴极的通孔结构半径大小与电解质隔膜上的通孔结构半径大小按OcCOS Θ。/!.。= OeCOS 0e/re = OaCOS 0a/ra相对应，其中c代表阴极，e代表电解质隔膜，a代表阳极，该通孔半径的对应关系，使得电解质在电解质隔膜和电极间的分配依靠毛细力来实现。
[0015]优选地，阴极上还涂覆有Co、Ag和La的氧化物，该方法可提高阴极抗熔融碳酸盐电解质腐蚀的能力。
[0016]优选地，电解质隔膜上还包括有用于保持碳酸盐电解质作用的亲和毛细管。
[0017]本发明的有益效果是:
[0018](I)提高了传统熔融碳酸盐燃料电池的性能和效率，其化学反应速率增加，产生的电子效果增加；
[0019](2)电解质隔膜与所述阳极和所述阳极之间依靠毛细力实现平衡，内部压力差减小；
[0020](3)阳极不再受高温和电池组装压力的影响发生蠕变，其阳极的抗硫能力提高；
[0021](4)阴极具有高电子传导率和高结构强度，在酸性熔融碳酸盐电解质中具有低的溶解率，不易发生酸性溶解。
【附图说明】
[0022]图1为本发明具有高耐久的军用燃料电池的结构示意图；
[0023]图2为本发明电解质隔膜的结构示意图；
[0024]图中，10-上隔膜，20-下隔膜，30-多孔金属，40-电解质隔膜，50-阳极，60-阴极，70-集流板。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0026]实施例1:
[0027]如图1、图2所示，一种具有高耐久力的军用燃料电池，包括电解质隔膜40、集流板70以及设于电解质隔膜40两侧的阳极50和阴极60，所述电解质隔膜40为上隔膜10、下隔膜20与多孔金属30组合在一起的复合隔膜，位于上隔膜10表面层和下隔膜20表面层设有垂直于上隔膜10和下隔膜20的通孔结构，阴极60上还涂覆有Co、Ag和La的氧化物，电解质隔膜40的厚度为0.3mm，孔隙率为60%，平均通孔半径范围为0.25um，阳极50的厚度为0.3mm，孔隙率为60%，平均通孔半径3um，阴极60的厚度为0.3mm，孔隙率为60%，平均通孔半径5um。
[0028]电解质隔膜40的制备过程如下:采用Al2O3原料与Li2CO3原料在400°C的温度范围下反应5h，再调整反应温度为500°C持续反应10h，再由650°C的温度范围下反应1h后，冷却即得。该制备方法得到的电解质隔膜40为六方棒状电解质隔膜。
[0029]阳极50和阴极60的通孔结构半径大小与电解质隔膜40上的通孔结构半径大小按OcCOS Θ。/!.。= OeCOS 0e/re = OaCOS 0a/ra相对应，其中c代表阴极，e代表电解质隔膜，a代表阳极，该通孔半径的对应关系，使得电解质在电解质隔膜和电极间的分配依靠毛细力来实现。
[0030]实施例2:
[0031]本实施例与实施例1、实施例2以及实施例3的不同之处在于，电解质隔膜40的制备过程采用LiAlO2粗料在900°C温度下焙烧30h即得，该步骤得到的电解质隔膜40