一種水基流延制備熔融碳酸鹽燃料電池改性鎳電極的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熔融碳酸鹽燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水基流延制備熔融碳酸鹽燃料電池改性鎳電極的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒而以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，其最大特點(diǎn)是反應(yīng)過程不涉及燃燒，因此能量轉(zhuǎn)化效率不受“卡諾循環(huán)”的限制，效率高達(dá)50%?60%。燃料電池工作時，氫氣或其他燃料輸入到陽極，并在電極和電解質(zhì)的界面上發(fā)生氫氣或其他燃料氧化與氧氣還原的電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流，輸出電能。與火力發(fā)電方式相比，燃料電池的發(fā)電過程不經(jīng)過燃料的直接燃燒，C0、C02、S02、NOx及未燃盡的有害物質(zhì)排放量極低，是公認(rèn)的繼火電、水電和核電之后的第四種發(fā)電方式。因此，燃料電池是集能源、化工、材料與自動化控制等新技術(shù)為一體的、具有高效與潔凈特色的新電源，是未來分布式清潔電站的發(fā)電形式之一。熔融碳酸鹽燃料電池的基本單元由陰極、電解質(zhì)和陽極構(gòu)成，而目前制約熔融碳酸鹽燃料電池大功率高效發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一就是如何制得大面積、高性能、達(dá)到孔隙率要求的陰極和陽極。
[0003]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?00310109874.2的發(fā)明專利，采用在有機(jī)溶劑中加入鎳粉和分散劑、粘結(jié)劑、脫泡機(jī)等長時間球磨后形成漿料，隨后流延形成素坯，接著經(jīng)過排粘和還原燒結(jié)過程，得到所需的電極。該工藝過程需要的制備設(shè)備非常昂貴，生產(chǎn)時間也較長，特別是使用有機(jī)溶劑，會對環(huán)境和操作人員構(gòu)成一定的危害。中國專利CN1761092A，該專利描述了一種干法制備熔融碳酸鹽燃料電池電極的方法，具體做法是將羰基鎳粉和粘結(jié)劑混合在一起經(jīng)滾壓機(jī)滾壓后，將粉料滾壓在沖孔鎳基板上得到生基板，然后將生基板在燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)而制得陰極和陽極。該過程雖然簡單，加工成本也低廉，但是制得的電極表面較松弛，鎳粉容易在表面發(fā)生脫落現(xiàn)象，而且在滾壓過程中容易造成鎳粉的很多浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對上述技術(shù)的不足之處，提出了一種水基流延制備熔融碳酸鹽燃料電池改性鎳電極的方法，使其無需長時間的球磨，也無需使用有機(jī)溶劑，同時制得的電極表面致密，沒有鎳粉脫落的現(xiàn)象，保證了電極的良好性能，以加快我國在MCFC方面的研究進(jìn)展。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的具體方案為:
[0006]—種水基流延制備熔融碳酸鹽燃料電池改性鎳電極的方法，包括以下步驟:
[0007](1)以T255羰基鎳粉為導(dǎo)電活性材料，將T255羰基鎳粉在25?40°C下干燥8?10小時，所述的羰基鎳粉，平均粒徑為2.2?2.8 μ m，松弛密度為0.52g/cm3；
[0008](2)以羧甲基纖維素鈉CMC為粘結(jié)劑，蒸餾水為溶劑，配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2?3%的CMC溶液，其粘度為20?50Pa.S ;
[0009](3)將羰基鎳粉和CMC溶液按質(zhì)量比1: (1-1.2)的比例混合、攪拌均勻并進(jìn)行抽真空去除氣泡處理，將漿料中的氣泡排除，然后靜置1?2小時制得電極用的漿料；
[0010](4)將上述漿料通過流延機(jī)流延到聚酯薄膜表面，干燥后即可得到電極素坯，電極素坯的厚度可通過流延機(jī)刮刀的高度和速度來控制；流延機(jī)刮刀的高度為1.5?2.5mm，流延速度為0.1?lm/min ;制得的電極素還的厚度為0.9?1.2mm之間；
[0011](5)根據(jù)實(shí)際需要，將電極素坯切割成所需的大??；
[0012](6)根據(jù)每片電極素坯中的鎳粉含量，稱取占鎳粉含量2?5%的鉻粉，將鉻粉溶于無水乙醇配置成鉻粉懸浮漿料，鉻粉和無水乙醇體積比為1:(5?10);
[0013](7)用刷子將鉻粉懸浮漿料均勻地刷在電極素坯上面，并用紅外燈快速烘干；
[0014](8)將上述得到的素坯在燒結(jié)爐中進(jìn)行排粘和還原燒結(jié)，最后得到表面平整、質(zhì)地均勻且強(qiáng)度增加的改性鎳電極。
[0015]步驟⑷中的聚酯薄膜，厚度為0.1?0.2mm。
[0016]步驟⑶中，在燒結(jié)爐內(nèi)，燒結(jié)溫度為1100?1200°C，燒結(jié)爐走帶速度為0.15m/min?0.2m/min ;燒結(jié)好的電極厚度為0.7?1.0mm，孔隙率為60?75%，平均孔徑為5?10 μ mD
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中采用的水基流延制備熔融碳酸鹽燃料電池改性鎳電極的方法，有效地克服其中的缺點(diǎn)與不足，不僅節(jié)約了成本，而且對提高電極性能有很大的促進(jìn)作用。采用水基溶劑有效地改善了燃料電池電極制備過程的環(huán)保難題，通過流延工藝，使得制備過程得到簡化，加工成本有效地降低。本發(fā)明使用的工藝及方法簡單易行，加工成本低廉，非常適用于大批量連續(xù)生產(chǎn)熔融碳酸鹽燃料電池用的電極。
【具體實(shí)施方式】
[0018]結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做詳細(xì)敘述。
[0019]實(shí)施例一
[0020]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0021](1)以T255羰基鎳粉為導(dǎo)電活性材料，將T255羰基鎳粉90克在25°C下干燥8小時，所述的羰基鎳粉，平均粒徑為2.2?2.8 μ m，松弛密度為0.52g/cm3；
[0022](2)以羧甲基纖維素鈉CMC為粘結(jié)劑，蒸餾水為溶劑，在室溫條件下配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.3%的CMC溶液；
[0023](3)將羰基鎳粉與90克CMC溶液混合、攪拌均勻并進(jìn)行抽真空去除氣泡處理，將漿料中的氣泡排除，然后靜置1小時制得電極用的漿料；
[0024](4)將上述漿料通過流延機(jī)流延到聚酯薄膜表面，干燥后即可得到電極素坯，電極素坯的厚度可通過流延機(jī)刮刀的高度和速度來控制；流延機(jī)刮刀的高度為2mm，流延速度為0.5m/min ;制得的電極素還的厚度為1.5mm ；
[0025](5)根據(jù)實(shí)際需要，將電極素坯切割成所需的大??；
[0026](6)稱取1.8g鉻粉和lg無水乙醇(鉻粉和無水乙醇體積比為1:5)，將鉻粉溶于無水乙醇配置成鉻粉懸浮漿料；
[0027](7)用刷子將鉻粉懸浮漿料均勻地刷在電極素坯上面，并用紅外燈快速烘干；
[0028](8)將上述得到的素坯在走帶燒結(jié)爐中進(jìn)行排粘和還原燒結(jié)，溫度調(diào)為1100°C，走帶速度為0.15m/min，這樣即可得到改性的恪融碳酸鹽燃料電池電極，其厚度為1mm，孔隙率達(dá)到60 %，能夠滿足熔融碳酸鹽燃料電池陽極的使用，在具體的使用中，還可以將制好的電極經(jīng)過精密熱壓機(jī)進(jìn)行熱壓，以增加電極表面的致密性及平整性。
[0029]實(shí)施例二
[0030]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0031](1)以T255羰基鎳粉為導(dǎo)電活性材料，將T255羰基鎳粉90克在25°C下干燥8小時，所述的羰基鎳粉，平均粒徑為2.2?2.8 μ m，松弛密度為0.52g/cm3；
[0032](2)以羧甲基纖維素鈉CMC為粘結(jié)劑，蒸餾水為溶劑，在室溫條件下配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.3%的CMC溶液；
[0033](3)將羰基鎳粉與100克CMC溶液混合、攪拌均勻并進(jìn)行抽真空去除氣泡處理，將漿料中的氣泡排除，然后靜置1小時制得電極用的漿料；
[0034](4)將上述漿料通過流延機(jī)流延到聚酯薄膜表面，干燥后即可得到電極素坯，電極素坯的厚度可通過流延機(jī)刮刀的高度和速度來控制；流延機(jī)刮刀的高度為2mm，流延速度為0.5m/min ;制得的電極素還的厚度為1mm ；
[0035](5)根據(jù)實(shí)際需要，將電極素坯切割成所需的大小，
[0036](6)稱取1.8g鉻粉和1.6g無水乙醇(鉻粉和無水乙醇的體積比為1:8)，將鉻粉溶于無水乙醇配置成鉻粉懸浮漿料；
[0037](7)用刷子將鉻粉懸浮漿料均勻地刷在電極素坯上面，并用紅外燈快速烘干；
[0038](8)將上述得到的素坯在走帶燒結(jié)爐中進(jìn)行排粘和還原燒結(jié)，溫度調(diào)為1100°C，走帶速度為0.lm/min，這樣即可得到改性的恪融碳酸鹽燃料電池電極，其厚度為0.9mm，其孔隙率達(dá)到65 %，能夠滿足熔融碳酸鹽燃料電池陽極的使用，在具體的使用中，還可以將制好的電極經(jīng)過精密熱壓機(jī)進(jìn)行熱壓，以增加電極表面的致密性及平整性。
[0039]實(shí)施例三
[0040]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0041](1)以T255羰基鎳粉為導(dǎo)電活性材料，將T255羰基鎳粉90克在25°C下干燥8小時，所述的羰基