专利名称：一种硫-氧固体氧化物燃料电池阳极基膜的制备方法
技术领域：
本发明属于新型燃料电池及化工生产节能技术领域，具体涉及硫一氧固体氧化物燃料电 池阳极基膜的制备。
背景技术：
化学工业是高耗能产业，如何采用先进技术降低化工生产的能耗是我国化工研究的核心 问题之一。硫酸是一种用途极为广泛的化工产品，现有的硫酸生产工艺中一直存在着大量化学能转化为 热能而被浪费的问题，如何回收这些能量是硫酸生产工艺改革的方向之一。 H2S和02反应生成SO,的反应为H2S(B、 + 202(B) = S0化')+ H20(g) ArGm。(298K) = -566. 6kJ/mol E"(298K)= 0.733VS和02反应生成S0:;的反应为S(s) + 3/202(g) = S03(e) ArGra9(298K) = -609. 3kJ/mol E°(298K)= 1.052VS02和02反应生成SO..,的反应为S02(g) + 1/2CW = S03(g) ArGm"(298K) = -70. 9kJ/mol E"(298K)= 0.368V上述反应如在电池装置中进行，化学能可转换为电能。专利(CN1805195A)提出了以硫 磺为原料，用固体氧化物燃料电池为硫酸合成器的方法，实现硫酸生产、化学发电和环境保 护三位一体的结合，预计每年可发电300亿度。专利(CN1812184A)提出了以二氧化硫为原 料，采用质子交换膜燃料电池为硫酸合成器，使硫酸工业化生产和化学发电结合起来，预计 每年可发电200亿度。发明内容本发明提供一种硫-氧固体氧化物燃料电池阳极基膜的制备方法，该阳极基膜为以Ni0和 YSZ(ZrU掺杂8°/化03)复合的多孔陶瓷材料，其中Ni0的重量占50-90%。该阳极基膜制备歩骤 为按照成品需要称取50nm-lOum的Ni0粉和lOOnm-10um的YSZ(Zr(U参杂8%Y20:,)粉做原料， 加入3%的聚乙烯醇縮丁醛为粘结剂，10%的乙基纤维素为增孔剂，经球磨10h搅拌均匀后， 5CTC烘干，将制得的粉体均匀分散在松油醇中为阳极基膜桨料，将该浆料涂敷在固体电解质 片基上，经140(TC焙烧后制得阳极基膜。硫-氧固体氧化物燃料电池阴极基膜制备步骤为按照Ba。.sSr。.5Co。.sFe。. A化学计量比称取Ba0、 Sr20 、 Co..A 、 FeA研磨，压片，经140(TC焙烧后再研磨成粉，取360目筛下粉加入 3%的聚乙烯醇縮丁醛为粘结剂，10%的乙基纤维素为增孔剂，经球磨10h搅拌均匀后，5(TC烘 干，将制得的粉体均匀分散在松油醇中为阴极基膜浆料。硫-氧固体氧化物燃料电池的固体电解质采用YSZ(ZrCy参杂8。/。YA)粉体压片，经150(TC 焙烧后，在固体电解质片基的一面上涂敷8￡1。.531"。.5〔0 .^6。.203阴极基膜浆料，另一面上涂敷NiO 和YSZ复合的阳极基膜浆料，涂敷后的片基经140(TC焙烧。硫-氧固体氧化物燃料电池的阴 极通入空气或氧气，氧气分压为20—100 kPa，流速50—1500cm7niin。阳极通入硫化氢气体、 硫蒸气、二氧化硫气体中的任一种气体或任二种气体混合物或三种气体的混合物作为电池燃 料，分压为10-—150 kPa，流速30—1000cm7min，电池反应产物为三氧化硫气体。该电池工 作温度为600-900 。C。硫-氧固体氧化物燃料电池负极出口气体经冷却系统，回收未反应完全的硫重新作为原 料。冷却后的气体经稀硫酸吸收SO:，生成浓硫酸产品。未反应完全而残留的H2S、 S02气体不能 被稀硫酸所吸收而与SO:,分离，并返回负极重新参加反应。硫一氧固体氧化物燃料电池由于整个硫的氧化在密闭系统内进行，不存在尾气排放，环 保效果明显。硫一氧固体氧化物燃料电池可作为工业化生产硫酸的合成器，将硫酸的工业化 生产、化学发电和环境保护三位一体地结合起来，节省了能源，大大降低了生产成本。
图硫一氧固体氧化物燃料电池结构及生产硫酸工艺流程示意中1、电池阳极基膜；2、固体电解质；3、电池阴极基膜；4、冷却系统；5、 SO:, 吸收系统；6、硫加热升华系统。
具体实施方式
实例1:硫一氧固体氧化物燃料电池如图1所示，固体电解质采用YSZ(Zr02掺杂8MYA) 粉体压片后，在固体电解质片基的一面上涂敷Ba。.5Sr。.,Co。.sFe。.A阴极基膜浆料，另一面上涂 敷NiO和YSZ复合的阳极基膜浆料，涂敷后的片基经140(TC焙烧。电池负极通入Sw，分压 为100 kPa，流速30cm7min;电池正极通入空气，压力为100 kPa，氧气分压为21kPa，空气 流速1500cm7min;电池工作温度为900°C 。电池输出电压为0. 8V。实例2:硫一氧固体氧化物燃料电池如图1所示，固体电解质采用YSZ(Zr02掺杂8%Y20..,) 粉体压片后，在固体电解质片基的一面上涂敷Ba。.5Sr。.5Co,uFe。.A阴极基膜浆料，另一面上涂 敷NiO和YSZ复合的阳极基膜浆料，涂敷后的片基经140(TC焙烧。电池负极通入H2S(B)，分压 为150kPa,流速100cmVmin;电池正极通入氧气，分压为100kPa,流速50cmVmin;电池工作温度为600°C 。电池输出电压为0. 6V。实例3:硫一氧固体氧化物燃料电池如图1所示，固体电解质采用YSZ(Zr02掺杂8%YA) 粉体压片后，在固体电解质片基的一面上涂敷Ba。.5Sr。.^o。.8Fe。.20.,阴极基膜浆料，另一面上涂 敷NiO和YSZ复合的阳极基膜浆料，涂敷后的片基经140(TC焙烧。电池负极通入S0^)，分压 为100 kPa，流速1000cm7min;电池正极通入空气，压力为100 kPa，氧气分压为21kPa，空 气流速500cm7min;电池工作温度为700°C 。电池输出电压为0. 2V。实例4:硫一氧固体氧化物燃料电池如图l所示，固体电解质采用YSZ(Zr02掺杂8。/。YA) 粉体压片后，在固体电解质片基的一面上涂敷Ba。.5Sr。.5Co。.sFe。.20:,阴极基膜浆料，另一面上涂 敷:NiO和YSZ复合的阳极基膜浆料，涂敷后的片基经140(TC焙烧。电池负极通入H2Sw、S02W，、 Sw的混合气体，其中H2S(,)分压为40 kPa, S(W)分压为40 kPa， S(g,分压为20 kPa，混合气体 的流速600cm7min;电池正极通入空气，压力为100 kPa，氧气分压为21kPa，空气流速 1000cm7min;电池工作温度为800°C。电池输出电压为0. 5V。
权利要求
1、一种硫-氧固体氧化物燃料电池阳极基膜的制备方法，该阳极基膜为NiO和YSZ复合的多孔陶瓷材料，其中NiO的重量占50-90％；其特征在于该阳极基膜制备方法如下按照成品需要称取50nm-10um的NiO粉和100nm-10um的YSZ粉做原料，加入3％的聚乙烯醇缩丁醛为粘结剂，10％的乙基纤维素为增孔剂，经球磨10h搅拌均匀后，50℃烘干，将制得的粉体均匀分散在松油醇中得到阳极基膜浆料，将该浆料涂敷在固体电解质片基上，经1400℃焙烧后制得该阳极基膜。
全文摘要
本发明提供一种硫-氧固体氧化物燃料电池阳极基膜的制备方法，属于新型燃料电池及化工生产节能技术领域。该阳极基膜为NiO和YSZ复合的多孔陶瓷材料，其制备是用NiO粉和YSZ粉做原料，加入聚乙烯醇缩丁醛为粘结剂，乙基纤维素为增孔剂，经球磨搅拌均匀后烘干，将制得的粉体均匀分散在松油醇中得到阳极基膜浆料，将该浆料涂敷在固体电解质片基上，经1400℃焙烧后制得该阳极基膜。该硫-氧固体氧化物燃料电池采用硫化氢气体、硫蒸气、二氧化硫气体中的任一种气体或任二种气体混合物或三种气体的混合物作为电池燃料，产物为三氧化硫气体。该电池可以作为工业化生产硫酸的合成器，实现硫酸生产、化学发电和环境保护三位一体的结合。
文档编号H01M4/88GK101226999SQ200710191978
公开日2008年7月23日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者朱伟长, 田立辉, 赵长锋, 郑翠红 申请人:安徽工业大学