一種大面積熔融碳酸鹽補鹽燃料電池的製作方法

2023-05-26 03:32:11

專利名稱：一種大面積熔融碳酸鹽補鹽燃料電池的製作方法
技術領域：
本發明屬於能源技術領域的燃料電池關鍵技術，具體涉及一種大面 積熔融碳酸鹽補鹽燃料電池。
背景技術：
燃料電池是一種將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉換成電能的 裝置，其最大特點是反應過程不涉及到燃燒，因此能量轉換效率不受"卡
諾循環"的限制，效率高達50% 60%，電池反應產物僅為水，沒有汙染 物的排放。因此，燃料電池代表一種與傳統能源系統完全不同的全新的能 量轉換方式，它不僅會以更清潔更持續的方式替代交通運輸與電廠系統中 廣泛應用的電機裝置，而且還會逐步進入便攜供電系統與其他能源應用領 域。
燃料電池具有能量轉換效率高、汙染小、用水少、佔地小等突出優點， 因此多年來一直成為替代傳統發電廠設備的最佳選擇。截至目前，世界上 已有200多座磷酸燃料電池電站、50座熔融碳酸鹽燃料電池電站和20多 座固體氧化物燃料電池示範裝置。熔融碳酸鹽燃料電池可採用氫氣、生物 質氣、天然氣等氣體為燃料，不需要貴金屬作催化劑，可作為分布式電源 和小型電站應用。
熔融碳酸鹽燃料電池由電極、電解質隔膜、碳酸鹽片、雙極板等關鍵 部件組成。電解質隔膜和碳酸鹽片在電池堆運行時燒結在一起，熔融的碳 酸鹽依靠毛細作用滲入燒結好的電解質隔膜微孔內，起到阻氣、傳導碳酸 根離子的作用。電解質隔膜必須具有長時間容留電池中熔融碳酸鹽電解質的功能，但 在電池堆的實際運行過程中，存在電解質損失的問題，大大影響了電池堆 的壽命和穩定運行。電解質的損失主要是由於與金屬部件發生腐蝕反應， 電解質的蒸發和遷移等原因。電解質的損失造成了電池內阻增大，電解質 隔膜板的粗孔化，使電解質的保持力降低，加速了電解質的損失。因此為 保證熔融碳酸鹽燃料電池堆的長壽命和穩定運行，運行過程中的補鹽技術 能夠使熔融碳酸鹽燃料電池能夠延長使用壽命，增加熔融碳酸鹽燃料電池 發電技術的競爭力。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠解決熔融碳酸鹽燃料電池運行過程 中的補鹽問題的大面積熔融碳酸鹽補鹽燃料電池。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是包括陽極加熱端板，
沿陽極加熱端板四周開設有碳酸鹽儲存槽，陽極加熱端板的四角加工有 與碳酸鹽儲存槽相連通的補鹽孔；雙極板四角與陽極加熱端板對應的補 鹽孔位置加工同樣大小尺寸的雙極板補鹽孔；且在陽極加熱端板的補鹽
孔上設置有蓋帽。
本發明的碳酸鹽儲存槽的寬度為20-50皿，深度為2-5mm;補鹽孔的 直徑為10-20mm;碳酸鹽儲存槽上設置有不鏽鋼蓋板。
本發明在設計上考慮了熔融碳酸鹽燃料電池堆電解質鹽的損失原 因，陽極加熱端板儲鹽槽和雙極板補鹽通道結構簡單合理，而且在任何 缺鹽的條件下，均可通過陽極加熱端板的儲鹽槽為電池堆補鹽。陽極加 熱端板與雙極板上的補鹽孔與電極之間有足夠的密封空間，能夠保證電 池堆的密封，不存在氣體洩露和短路問題。能夠大大提高電池堆的壽命，保證電池堆穩定安全運行。


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圖1是本發明的整體結構示意圖2是本發明的陽極加熱端板的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
如圖1所示，本發明包括陽極加熱端板1，雙極板2和陰極加熱端板 3，沿陽極加熱端板1四周開設有寬度為20-50mm，深度為2-5mm的碳酸 鹽儲存槽4，碳酸鹽儲存槽4不會與端板側面的陰極氣孔相通，因此不存 在燃料洩露或氣體短路。陽極加熱端板1的四角加工有與碳酸鹽儲存槽4 相連通的直徑為10-20mm補鹽孔5;雙極板2四角與陽極加熱端板1對應 的補鹽孔位置加工同樣大小尺寸的雙極板補鹽孔6;且在陽極加熱端板1 的補鹽孔5上設置有蓋帽7。電池堆高溫運行時，放置在儲鹽槽4內的碳 酸鹽熔融後由補鹽孔5下行並在毛吸作用下進入電解質隔膜；陽極加熱 端板補鹽孔、電解質隔膜和雙極板補鹽孔形成電池堆的補鹽通道，由儲 鹽槽和雙極板補鹽孔內預置的碳酸鹽為電池堆補充損失的鹽。
如圖2所示，陽極端板上表面加工有鹽儲槽、補鹽孔以及燃料氣體 流道。電池堆裝配時陽極端板表面覆蓋並焊接一塊與端板相同大小的不 鏽鋼板。為保證燃料氣體不洩露，本發明將陽極端板上覆蓋的不鏽鋼板 分割為兩塊， 一塊與燃料氣體流道的尺寸相同，與燃料氣體流道焊接在 一起以保證密封； 一塊覆蓋在鹽儲槽上，在電池堆運行時，可取下蓋帽7 向電池堆補鹽。
電池堆裝配時，可先在雙極板四角的雙極板補鹽孔內預裝一定量的 碳酸鹽片，在電池堆運行時，熔融的鹽片能夠靠毛細作用擴散到電解質隔膜中；電池堆長期運行後，補鹽將依靠陽極端板與雙極端板形成的補 鹽通道為電池堆補充碳酸鹽。
製作時，首先應用數控工藝加工陽極加熱端板，在陽極端板表面加 工鹽儲槽和補鹽孔，用數控工藝或化學腐蝕工藝加工雙極板，雙極板四 周加工補鹽孔；用一塊與加熱端板相同尺寸的薄不鏽鋼板從中間切割出 與燃料流道尺寸相同的一塊，覆蓋並焊接在燃料氣體流道上，剩餘部分 覆蓋在鹽儲槽的上表面。含補鹽結構的陽極加熱端板、電解質隔膜、雙 極板補鹽孔，就構成了本發明熔融碳酸鹽燃料電池完整的電池堆補鹽結 構。
權利要求
1、一種大面積熔融碳酸鹽補鹽燃料電池，包括陽極加熱端板(1)，陰極加熱端板(3)以及密封在陽極加熱端板(1)和陰極加熱端板(3)之間的雙極板(2)，其特徵在於沿陽極加熱端板(1)四周開設有碳酸鹽儲存槽(4)，陽極加熱端板(1)的四角加工有與碳酸鹽儲存槽(4)相連通的補鹽孔(5)；雙極板(2)四角與陽極加熱端板(1)對應的補鹽孔位置加工同樣大小尺寸的雙極板補鹽孔(6)；且在陽極加熱端板(1)的補鹽孔(5)上設置有蓋帽(7)。
2、 根據權利要求1所述的大面積熔融碳酸鹽補鹽燃料電池，其特徵 在於所說的碳酸鹽儲存槽(4)的寬度為20-50mm，深度為2-5mm。
3、 根據權利要求1所述的大面積熔融碳酸鹽補鹽燃料電池，其特徵 在於所說的補鹽孔(5)的直徑為10-20mm。
4、 根據權利要求1所述的大面積熔融碳酸鹽補鹽燃料電池，其特徵 在於所說的碳酸鹽儲存槽(4)上設置有不鏽鋼蓋板(8)。
全文摘要
一種大面積熔融碳酸鹽補鹽燃料電池，沿陽極加熱端板四周開設有碳酸鹽儲存槽，陽極加熱端板的四角加工有與碳酸鹽儲存槽相連通的補鹽孔；雙極板四角與陽極加熱端板對應的補鹽孔位置加工同樣大小尺寸的雙極板補鹽孔；在電池堆運行過程中，熔融的碳酸鹽可以依靠毛細作用不斷補充到電解質隔膜中，提高了電池堆的運行壽命，保證電池堆的穩定運行。
文檔編號H01M8/14GK101459252SQ20091002082
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月7日 優先權日2009年1月7日
發明者越 徐, 健 程, 許世森 申請人:西安熱工研究院有限公司