一种高性能直接煤炭燃料电池的制备方法技术

本发明专利技术公开一种高性能直接煤炭燃料电池的制备方法，属于燃料电池技术领域；步骤如下：1)原始褐煤进行破碎过筛并干燥；2)将步骤1)所得原始褐煤放入位于管式炉恒温区中心的瓷舟中，加热至700℃，保护气氛下保温2

【技术实现步骤摘要】
一种高性能直接煤炭燃料电池的制备方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种高性能直接煤炭燃料电池的制备方法。

技术介绍

[0002]直接碳燃料电池(Direct Carbon Fuel Cell,DCFC)是一种清洁高效的利用固体碳资源的发电装置，它是以氧离子导体为电解质的全固态结构的直接碳燃料电池(DCFC)，无需经过燃烧过程，直接通过电化学氧化就可以将燃料中的化学能转化为电能。具有燃料利用率高，环境污染小等优点。而煤炭是目前世界上使用最为广泛的发电原料之一，具有体积能量密度高，便于运输，价格低廉等优点。目前的一些研究表明，非煤炭类固体碳均可以作为DCFC的燃料，但是这些碳资源存在着一些问题，例如含碳量较低，获取不便，制备过程复杂，储量较小等，所以煤炭资源仍然是燃料的主要来源。但是煤炭资源作为燃料也存在一些问题，例如低品位的煤炭灰分高，有害元素多等。
[0003]为了解决上述问题，很多研究者尝试了对煤炭燃料进行一系列的改性研究，但是很多人只进行了单一的热解处理或者酸浸改性处理，因此并不能取得理想的效果。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种高性能直接煤炭燃料电池的制备方法，通过将原始褐煤破碎过筛后在高温惰性气氛下热解，然后冷却至室温；将冷却后的热解褐煤使用硝酸浸泡改性24h，之后用蒸馏水冲洗干净并烘干，将产物填充至以Ag
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GDC为阴阳极，YSZ为电解质的扣式固体氧化物燃料电池的阳极腔室内，得到扣式直接煤炭燃料电池；与现有直接煤炭燃料电池相比，燃料的灰分更低，燃料表面性质更加活泼，电池的稳定性会更好。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种高性能直接煤炭燃料电池的制备方法，具体步骤如下：
[0007]1)原始褐煤进行破碎过筛并干燥；
[0008]2)将步骤1)破碎的原始褐煤放入位于管式炉恒温区中心的瓷舟中，将其加热至700℃，保护气氛下保温2
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4h，然后在保护气氛下冷却至室温；将得到的产物在玛瑙研钵中研磨至最大粒径不超过200μm；
[0009]3)将步骤2)得到的研磨产物浸泡在不同浓度的硝酸溶液里24h，时间到后用蒸馏水冲洗干净并烘干；
[0010]4)将步骤3)得到的产物作为燃料，填充至以Ag
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GDC复合陶瓷为阴阳极，YSZ为电解质的扣式固体氧化物燃料电池的阳极腔室内，制备得到扣式直接煤炭燃料电池。
[0011]优选地，步骤1)中干燥温度为80
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120℃，干燥时间为12
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24h。
[0012]优选地，步骤2)中升温速率为2
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10℃/min。
[0013]优选地，步骤2)中保护气氛为Ar气氛或者N2气氛。
[0014]优选地，步骤3)中硝酸的浓度为0.1mol/L
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3mol/L。
[0015]优选地，步骤4)中YSZ为掺杂Al2O3的YSZ陶瓷，其中Al2O3的质量百分含量为1％。
[0016]优选地，步骤4)中扣式直接煤炭燃料电池的具体制备方法为：将银浆、GDC粉末按照银浆和GDC的质量比为7：3的比例混合，研磨2h，加入PVB松油醇，PVB松油醇与GDC的质量比为1:3，继续研磨2h，得到Ag
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GDC浆料；将浆料涂刷在YSZ电解质上下表面后置于180
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200℃干燥2
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4h，上下表面分别按照阴阳极的面积要求，重复涂抹至厚度为20
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50μm并采用同样的方法进行干燥，最后在850
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900℃保温3
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4h，然后采用银导电胶将氧化铝管一端粘结在YSZ电解质的阳极一侧，在氧化铝管中填充步骤3)的产物作为固体碳燃料，并用石棉固定，在氧化铝管另一端用橡胶塞封闭，橡胶塞上设有氧化铝导气管，组装得到扣式直接煤炭燃料电池。
[0017]优选地，所述PVB松油醇为PVB与松油醇混合得到，PVB松油醇中PVB的质量分数为10％。
[0018]本专利技术的有益效果在于：与现有直接煤炭燃料电池相比，燃料的灰分更低，燃料表面性质更加活泼，电池的稳定性会更好；可以有效地保护电极，延长电池的使用寿命；还可以大幅提高燃料的利用率，节省了大量的化石能源。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术实施例提供的高性能直接煤炭燃料电池的结构示意图；
[0021]图2为实施例1步骤3)酸浸后褐煤的显微结构图；
[0022]图3为实施例1制备得到的高性能直接煤炭燃料电池的I
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V
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P谱图；
[0023]图4为实施例1制备得到的高性能直接煤炭燃料电池的功率密度曲线图；
[0024]图5为实施例2步骤3)酸浸后褐煤的显微结构图；
[0025]图6为实施例2制备得到的高性能直接煤炭燃料电池的I
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V
‑
P谱图；
[0026]图7为为实施例2制备得到的高性能直接煤炭燃料电池的功率密度曲线图；
[0027]图8为实施例3步骤3)酸浸后褐煤的显微结构图；
[0028]图9为实施例3制备得到的高性能直接煤炭燃料电池的I
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V
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P谱图；
[0029]图10为实施例3制备得到的高性能直接煤炭燃料电池的功率密度曲线图。
[0030]附图标记说明：1、银导线；2、阳极；3、碳燃料；4、氧化铝管；5、氧化铝导气管；6、阴极；7、YSZ电解质；8、银导电胶；9、石棉；10、橡胶塞。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]实施例1
[0033]一种高性能直接煤炭燃料电池的制备方法，具体步骤如下：
[0034]1)将原始褐煤至于80℃鼓风炉中，风干24小时后取出，破碎过筛；
[0035]2)将步骤1)破碎的原始褐煤放入位于管式炉恒温区中心的瓷舟中，将其加热至750
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1000℃，升温速率为2
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10℃/min，Ar气氛下保温2h，然后在Ar气氛下冷却至室温；将得到的产物在玛瑙研钵中研磨至最大粒径不超过200μm的燃料；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能直接煤炭燃料电池的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)原始褐煤进行破碎过筛并干燥；2)将步骤1)破碎的原始褐煤放入位于管式炉恒温区中心的瓷舟中，将其加热至700℃，保护气氛下保温2
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4h，然后在保护气氛下冷却至室温；将得到的产物在玛瑙研钵中研磨至最大粒径不超过200μm；3)将步骤2)得到的研磨产物浸泡在不同浓度的硝酸溶液里24h，时间到后用蒸馏水冲洗干净并烘干；4)将步骤3)得到的产物作为燃料，填充至以Ag
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GDC复合陶瓷为阴阳极，YSZ为电解质的扣式直接煤炭燃料电池的阳极腔室内，制备得到扣式直接煤炭燃料电池。2.如权利要求1所述的一种高性能直接煤炭燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤1)中干燥温度为80
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120℃，干燥时间为12
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24h。3.如权利要求2所述的一种高性能直接煤炭燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤2)中升温速率为2
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10℃/min。4.如权利要求1所述的一种高性能直接煤炭燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤2)中保护气氛为Ar气氛或者N2气氛。5.如权利要求1所述的一种高性能直接煤炭燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤3)中硝酸的浓度为0.1mol/L
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【专利技术属性】
技术研发人员：肖杰，郝森然，张英杰，陈晓，张义永，孟奇，曾晓苑，董鹏，李雪，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：