專利名稱：一種提高直接炭燃料電池炭活性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電池的制作方法，具體地說(shuō)是一種提高電池的性能的方法。(二) 背景技術(shù)燃料電池是一種通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接將燃料中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn) 變?yōu)殡娔艿木G色能量轉(zhuǎn)換裝置，可同時(shí)解決節(jié)能和環(huán)保兩大世界難題。以固體炭 直接為燃料的(MCDCFC)的理論能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá)100%，其廢氣排放量只有傳 統(tǒng)燃煤發(fā)電的十分之一，且固體炭燃料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉，因此MCDCFC比 以天然氣等為燃料的熔融碳酸鹽燃料電池和傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電具有更大的節(jié)能、環(huán) 保和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。以固體炭直接作為燃料的熔融碳酸鹽型燃料電池的反應(yīng)原理示意 如下陽(yáng)極C + 2C032-— 3C02 + 4e- (1) 陰極02 + 2C02 + 4e. —2C032— (2) 總反應(yīng)C + 02 —2C02 (3) MCDCFC的性能與作為燃料的固體炭的電化學(xué)氧化活性密切相關(guān)。目前， 提高M(jìn)CDCFC的固體炭陽(yáng)極活性的方式主要有升高溫度和減小炭粒徑等方式， 升高溫度來(lái)提高炭陽(yáng)極活性不僅浪費(fèi)能源，而且增高了材料的耐腐蝕和耐高溫性 能；依靠減小炭粒徑來(lái)提高炭陽(yáng)極活性是有限度的，也就是說(shuō)炭粒徑不能無(wú)限地 減小下去。造成炭電化學(xué)活性低的主要原因是由于炭是非親水性的，對(duì)于極性的 溶劑親和力低，又由于炭的表面總會(huì)存有Na, K, Si， Al， Zn, P， N, Fe, Ca和其它一 些元素，所以CO,難以同炭表面進(jìn)行有效地接觸，不利于(l)式的反應(yīng)，導(dǎo)致炭 的電化學(xué)活性較小。這種技術(shù)方案在下述文獻(xiàn)中己有公開(kāi)報(bào)道CaoDX，SunY， Wang G L. Direct carbon fuel cell: Fundamentals and recent developments. Journal of Power Sources, 2007,167:250—257，以及Zecevic S, Patton E M, Parhami P. Carbon—air fuel cell without a reforming process. Carbon, 2004， 42:1983—1993。(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可以克服現(xiàn)有炭陽(yáng)極灰分大，親水性小和比表面 低等缺點(diǎn)，解決MCDCFC炭陽(yáng)極放電電流小的問(wèn)題的一種提高直接炭燃料電池 炭活性的方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的按照酸與炭的體積比例為1 5:1將二者混合， 酸的濃度為1 5M，浸泡時(shí)間1 24小時(shí)。 本發(fā)明還可以包括所述的酸是HC1、 HF、 HN03、 HC104、 H2S04中的一種或它們的任選混合物。本發(fā)明提出了一種用酸處理提高M(jìn)CDCFC炭陽(yáng)極性能的方法，酸處理克服 了現(xiàn)有炭陽(yáng)極灰分大，親水性小和比表面低等缺點(diǎn)，解決了 MCDCFC炭陽(yáng)極放 電電流小的問(wèn)題。其特征在于炭陽(yáng)極在使用前用酸進(jìn)行處理，從而增大了炭陽(yáng)極 的反應(yīng)活性。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是在MCDCFC的基礎(chǔ)上，通過(guò)預(yù)先對(duì)炭進(jìn)行酸處理， 加大了炭電化學(xué)性能，提高了炭陽(yáng)極的放電性能。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用酸處理MCDCFC的陽(yáng)極炭，酸處理首先能清除(至 少部分地)活性炭的雜質(zhì)，減少炭中的灰分，進(jìn)而增大炭的比表面積和總的孔體 積；第二可以使炭的表面暴露出更多的不飽和碳原子、缺陷、位錯(cuò)和斷層，這些 位置有很多的未成對(duì)電子，有很強(qiáng)的吸附作用；第三酸處理可能分解炭表面的堿 性和中性基團(tuán)，產(chǎn)生更多的酸性基團(tuán)，而酸性基團(tuán)將有利于吸引溶液中的陰離子， 可以降低炭的疏水性。因而能顯著提高以炭粉為燃料的MCDCFC的性能。
具體實(shí)施方式
下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述實(shí)施例1采用HC1處理炭陽(yáng)極，酸與炭的比例為2:1，酸的濃度為2M，浸泡時(shí)間lh。 以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm 02/。02=1:2為氧化劑， Y-LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在700。C， 0.75V電壓下，電流密 度達(dá)120mA/cm2,對(duì)應(yīng)功率密度達(dá)90mW/cm2。實(shí)施例2采用HF處理炭陽(yáng)極，酸與炭的比例為2:1，酸的濃度為2M，浸泡時(shí)間lh。以 NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm02/(302=1:2為氧化劑，Y-LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在700'C， 0.8V電壓下，電流密 度達(dá)130mA/cm2，對(duì)應(yīng)功率密度達(dá)104mW/cm2。 實(shí)施例3采用HNCb處理炭陽(yáng)極，酸與炭的比例為2:1，酸的濃度為2M，浸泡時(shí)間lh。 以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm 02/(:02=1:2為氧化劑， LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在70(TC， 0.8V電壓下，電流密 度達(dá)140mA/cm2，對(duì)應(yīng)功率密度達(dá)112mW/cm2。實(shí)施例4采用HC104處理炭陽(yáng)極，酸與炭的比例為2:1，酸的濃度為2M，浸泡時(shí)間 lh。以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm 02/C02=l:2為氧 化劑，Y-LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在70(TC， 0.8V電壓下， 電流密度達(dá)145mA/cm2，對(duì)應(yīng)功率密度達(dá)116mW/cm2。實(shí)施例5采用H2S04處理炭陽(yáng)極，酸與炭的比例為2:1，酸的濃度為2M，浸泡時(shí)間 lh。以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm 02/C02=l:2為氧 化齊U， Y-LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC，在70(TC， 0.8V電壓下， 電流密度達(dá)135mA/cm2，對(duì)應(yīng)功率密度達(dá)108mW/cm2。實(shí)施例6采用HC1和HN03處理炭陽(yáng)極，HC1:HN03為1:3，，酸與炭的比例為2:1，酸 的濃度為2M，浸泡時(shí)間lh。以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)， 0.5atm 02/0)2=1:2為氧化劑，？LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC， 在700'C， 0.8V電壓下，電流密度達(dá)160mA/cm2，對(duì)應(yīng)功率密度達(dá)128mW/cm2。實(shí)施例7采用HCI和H2S04處理炭陽(yáng)極，HC1: HzS04為1:1,酸與炭的比例為2:1， 酸的濃度為2M，浸泡時(shí)間lh。以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)， 0.5atm 02/(302=1:2為氧化劑，，LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC， 在700。C， 0.8V電壓下，電流密度達(dá)134mA/cm2，對(duì)應(yīng)功率密度達(dá)107mW/cm2。實(shí)施例8采用HN03和H2S04處理炭陽(yáng)極，HN03:H2S04為1:1,，酸與炭的比例為2:1，酸的濃度為2M，浸泡時(shí)間lh。以NiO為陰極(由泡沫Ni經(jīng)原位氧化和鋰化獲得)， 0.5atm02/CO;rl:2為氧化劑，丫-LiA102膜為電解質(zhì)載體隔膜，制備MCDCFC,在 700°C， 0.8V電壓下，電流密度達(dá)141mA/cm2，對(duì)應(yīng)功率密度達(dá)113mW/cm2。
權(quán)利要求
1、一種提高直接炭燃料電池炭活性的方法，其特征是按照酸與炭的體積比例為1～5∶1將二者混合，酸的濃度為1～5M，浸泡時(shí)間1～24小時(shí)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高直接炭燃料電池炭活性的方法，其特征是所述的酸是HC1、 HF、 HN03、 HC104、 H2S04中的一種或它們的任選混合物。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種提高直接炭燃料電池炭活性的方法。按照酸與炭的比例為2∶1將二者混合，酸的濃度為1～5M，浸泡時(shí)間1小時(shí)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用酸處理MCDCFC的陽(yáng)極炭，酸處理首先能清除(至少部分地)活性炭的雜質(zhì)，減少炭中的灰分，進(jìn)而增大炭的比表面積和總的孔體積；第二可以使炭的表面暴露出更多的不飽和碳原子、缺陷、位錯(cuò)和斷層，這些位置有很多的未成對(duì)電子，有很強(qiáng)的吸附作用；第三酸處理可能分解炭表面的堿性和中性基團(tuán)，產(chǎn)生更多的酸性基團(tuán)，而酸性基團(tuán)將有利于吸引溶液中的陰離子，可以降低炭的疏水性。因而能顯著提高以炭粉為燃料的MCDCFC的性能。
文檔編號(hào)H01M8/00GK101237047SQ200810063949
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者呂艷卓, 曹殿學(xué), 靜 王, 王貴領(lǐng) 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)