專(zhuān)利名稱(chēng)：一種硫-氧固體氧化物燃料電池陽(yáng)極基膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新型燃料電池及化工生產(chǎn)節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及硫一氧固體氧化物燃料電 池陽(yáng)極基膜的制備。
背景技術(shù)：
化學(xué)工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，如何采用先進(jìn)技術(shù)降低化工生產(chǎn)的能耗是我國(guó)化工研究的核心 問(wèn)題之一。硫酸是一種用途極為廣泛的化工產(chǎn)品，現(xiàn)有的硫酸生產(chǎn)工藝中一直存在著大量化學(xué)能轉(zhuǎn)化為 熱能而被浪費(fèi)的問(wèn)題，如何回收這些能量是硫酸生產(chǎn)工藝改革的方向之一。 H2S和02反應(yīng)生成SO,的反應(yīng)為H2S(B、 + 202(B) = S0化')+ H20(g) ArGm。(298K) = -566. 6kJ/mol E"(298K)= 0.733VS和02反應(yīng)生成S0:;的反應(yīng)為S(s) + 3/202(g) = S03(e) ArGra9(298K) = -609. 3kJ/mol E°(298K)= 1.052VS02和02反應(yīng)生成SO..,的反應(yīng)為S02(g) + 1/2CW = S03(g) ArGm"(298K) = -70. 9kJ/mol E"(298K)= 0.368V上述反應(yīng)如在電池裝置中進(jìn)行，化學(xué)能可轉(zhuǎn)換為電能。專(zhuān)利(CN1805195A)提出了以硫 磺為原料，用固體氧化物燃料電池為硫酸合成器的方法，實(shí)現(xiàn)硫酸生產(chǎn)、化學(xué)發(fā)電和環(huán)境保 護(hù)三位一體的結(jié)合，預(yù)計(jì)每年可發(fā)電300億度。專(zhuān)利(CN1812184A)提出了以二氧化硫?yàn)樵?料，采用質(zhì)子交換膜燃料電池為硫酸合成器，使硫酸工業(yè)化生產(chǎn)和化學(xué)發(fā)電結(jié)合起來(lái)，預(yù)計(jì) 每年可發(fā)電200億度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種硫-氧固體氧化物燃料電池陽(yáng)極基膜的制備方法，該陽(yáng)極基膜為以Ni0和 YSZ(ZrU摻雜8°/化03)復(fù)合的多孔陶瓷材料，其中Ni0的重量占50-90%。該陽(yáng)極基膜制備歩驟 為按照成品需要稱(chēng)取50nm-lOum的Ni0粉和lOOnm-10um的YSZ(Zr(U參雜8%Y20:,)粉做原料， 加入3%的聚乙烯醇縮丁醛為粘結(jié)劑，10%的乙基纖維素為增孔劑，經(jīng)球磨10h攪拌均勻后， 5CTC烘干，將制得的粉體均勻分散在松油醇中為陽(yáng)極基膜槳料，將該漿料涂敷在固體電解質(zhì) 片基上，經(jīng)140(TC焙燒后制得陽(yáng)極基膜。硫-氧固體氧化物燃料電池陰極基膜制備步驟為按照Ba。.sSr。.5Co。.sFe。. A化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取Ba0、 Sr20 、 Co..A 、 FeA研磨，壓片，經(jīng)140(TC焙燒后再研磨成粉，取360目篩下粉加入 3%的聚乙烯醇縮丁醛為粘結(jié)劑，10%的乙基纖維素為增孔劑，經(jīng)球磨10h攪拌均勻后，5(TC烘 干，將制得的粉體均勻分散在松油醇中為陰極基膜漿料。硫-氧固體氧化物燃料電池的固體電解質(zhì)采用YSZ(ZrCy參雜8。/。YA)粉體壓片，經(jīng)150(TC 焙燒后，在固體電解質(zhì)片基的一面上涂敷8￡1。.531"。.5〔0 .^6。.203陰極基膜漿料，另一面上涂敷NiO 和YSZ復(fù)合的陽(yáng)極基膜漿料，涂敷后的片基經(jīng)140(TC焙燒。硫-氧固體氧化物燃料電池的陰 極通入空氣或氧氣，氧氣分壓為20—100 kPa，流速50—1500cm7niin。陽(yáng)極通入硫化氫氣體、 硫蒸氣、二氧化硫氣體中的任一種氣體或任二種氣體混合物或三種氣體的混合物作為電池燃 料，分壓為10-—150 kPa，流速30—1000cm7min，電池反應(yīng)產(chǎn)物為三氧化硫氣體。該電池工 作溫度為600-900 。C。硫-氧固體氧化物燃料電池負(fù)極出口氣體經(jīng)冷卻系統(tǒng)，回收未反應(yīng)完全的硫重新作為原 料。冷卻后的氣體經(jīng)稀硫酸吸收SO:，生成濃硫酸產(chǎn)品。未反應(yīng)完全而殘留的H2S、 S02氣體不能 被稀硫酸所吸收而與SO:,分離，并返回負(fù)極重新參加反應(yīng)。硫一氧固體氧化物燃料電池由于整個(gè)硫的氧化在密閉系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，不存在尾氣排放，環(huán) 保效果明顯。硫一氧固體氧化物燃料電池可作為工業(yè)化生產(chǎn)硫酸的合成器，將硫酸的工業(yè)化 生產(chǎn)、化學(xué)發(fā)電和環(huán)境保護(hù)三位一體地結(jié)合起來(lái)，節(jié)省了能源，大大降低了生產(chǎn)成本。


圖硫一氧固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)硫酸工藝流程示意中1、電池陽(yáng)極基膜；2、固體電解質(zhì)；3、電池陰極基膜；4、冷卻系統(tǒng)；5、 SO:, 吸收系統(tǒng)；6、硫加熱升華系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
實(shí)例1:硫一氧固體氧化物燃料電池如圖1所示，固體電解質(zhì)采用YSZ(Zr02摻雜8MYA) 粉體壓片后，在固體電解質(zhì)片基的一面上涂敷Ba。.5Sr。.,Co。.sFe。.A陰極基膜漿料，另一面上涂 敷NiO和YSZ復(fù)合的陽(yáng)極基膜漿料，涂敷后的片基經(jīng)140(TC焙燒。電池負(fù)極通入Sw，分壓 為100 kPa，流速30cm7min;電池正極通入空氣，壓力為100 kPa，氧氣分壓為21kPa，空氣 流速1500cm7min;電池工作溫度為900°C 。電池輸出電壓為0. 8V。實(shí)例2:硫一氧固體氧化物燃料電池如圖1所示，固體電解質(zhì)采用YSZ(Zr02摻雜8%Y20..,) 粉體壓片后，在固體電解質(zhì)片基的一面上涂敷Ba。.5Sr。.5Co,uFe。.A陰極基膜漿料，另一面上涂 敷NiO和YSZ復(fù)合的陽(yáng)極基膜漿料，涂敷后的片基經(jīng)140(TC焙燒。電池負(fù)極通入H2S(B)，分壓 為150kPa,流速100cmVmin;電池正極通入氧氣，分壓為100kPa,流速50cmVmin;電池工作溫度為600°C 。電池輸出電壓為0. 6V。實(shí)例3:硫一氧固體氧化物燃料電池如圖1所示，固體電解質(zhì)采用YSZ(Zr02摻雜8%YA) 粉體壓片后，在固體電解質(zhì)片基的一面上涂敷Ba。.5Sr。.^o。.8Fe。.20.,陰極基膜漿料，另一面上涂 敷NiO和YSZ復(fù)合的陽(yáng)極基膜漿料，涂敷后的片基經(jīng)140(TC焙燒。電池負(fù)極通入S0^)，分壓 為100 kPa，流速1000cm7min;電池正極通入空氣，壓力為100 kPa，氧氣分壓為21kPa，空 氣流速500cm7min;電池工作溫度為700°C 。電池輸出電壓為0. 2V。實(shí)例4:硫一氧固體氧化物燃料電池如圖l所示，固體電解質(zhì)采用YSZ(Zr02摻雜8。/。YA) 粉體壓片后，在固體電解質(zhì)片基的一面上涂敷Ba。.5Sr。.5Co。.sFe。.20:,陰極基膜漿料，另一面上涂 敷:NiO和YSZ復(fù)合的陽(yáng)極基膜漿料，涂敷后的片基經(jīng)140(TC焙燒。電池負(fù)極通入H2Sw、S02W，、 Sw的混合氣體，其中H2S(,)分壓為40 kPa, S(W)分壓為40 kPa， S(g,分壓為20 kPa，混合氣體 的流速600cm7min;電池正極通入空氣，壓力為100 kPa，氧氣分壓為21kPa，空氣流速 1000cm7min;電池工作溫度為800°C。電池輸出電壓為0. 5V。
權(quán)利要求
1、一種硫-氧固體氧化物燃料電池陽(yáng)極基膜的制備方法，該陽(yáng)極基膜為NiO和YSZ復(fù)合的多孔陶瓷材料，其中NiO的重量占50-90％；其特征在于該陽(yáng)極基膜制備方法如下按照成品需要稱(chēng)取50nm-10um的NiO粉和100nm-10um的YSZ粉做原料，加入3％的聚乙烯醇縮丁醛為粘結(jié)劑，10％的乙基纖維素為增孔劑，經(jīng)球磨10h攪拌均勻后，50℃烘干，將制得的粉體均勻分散在松油醇中得到陽(yáng)極基膜漿料，將該漿料涂敷在固體電解質(zhì)片基上，經(jīng)1400℃焙燒后制得該陽(yáng)極基膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種硫-氧固體氧化物燃料電池陽(yáng)極基膜的制備方法，屬于新型燃料電池及化工生產(chǎn)節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。該陽(yáng)極基膜為NiO和YSZ復(fù)合的多孔陶瓷材料，其制備是用NiO粉和YSZ粉做原料，加入聚乙烯醇縮丁醛為粘結(jié)劑，乙基纖維素為增孔劑，經(jīng)球磨攪拌均勻后烘干，將制得的粉體均勻分散在松油醇中得到陽(yáng)極基膜漿料，將該漿料涂敷在固體電解質(zhì)片基上，經(jīng)1400℃焙燒后制得該陽(yáng)極基膜。該硫-氧固體氧化物燃料電池采用硫化氫氣體、硫蒸氣、二氧化硫氣體中的任一種氣體或任二種氣體混合物或三種氣體的混合物作為電池燃料，產(chǎn)物為三氧化硫氣體。該電池可以作為工業(yè)化生產(chǎn)硫酸的合成器，實(shí)現(xiàn)硫酸生產(chǎn)、化學(xué)發(fā)電和環(huán)境保護(hù)三位一體的結(jié)合。
文檔編號(hào)H01M4/88GK101226999SQ200710191978
公開(kāi)日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者朱偉長(zhǎng), 田立輝, 趙長(zhǎng)鋒, 鄭翠紅 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)