改进的重整催化剂及其制造和装载的方法和设备技术

提供一种重整催化剂构件，该重整催化剂构件具有细长的主体，所述细长的主体的外表面具有大量的峰区域和谷区域，以便增加外表面的面积从而增强催化剂利用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池，特别地，涉及这样的燃料电池所使用的重整(reforming)催化剂。
技术介绍
燃料电池是通过电化学反应将贮存在碳氢化合物燃料中的化学能 直接转变成电能的装置。 一般地，燃料电池包含被用于电传导带电离 子的电解质所分隔开的阳极和阴极。为了产生有用的功率水平，串联 地层叠大量的单个燃料电池，在各个电池之间有导电的隔板。在内部重整燃料电池中，重整催化剂被放在燃料电池堆内以允许 直接使用诸如甲烷、煤气等的碳氢化合物燃料，而不需要昂贵和复杂 的重整设备。在重整反应中，燃料电池产生的水和热被重整反应使用， 并且燃料被内部重整以产生供燃料电池使用的氢。因此，可有利地使 用吸热的重整反应以帮助冷却燃料电池堆。已开发了两种不同类型的直接燃料电池组件。 一种类型的重整是 间接内部重整，其通过将重整催化剂放入电池堆内的隔离室中并将重 整的气体从该室路由到燃料电池的阳极隔室内而实现。第二种类型的 重整是直接内部重整。通过将重整催化剂放入直接给阳极提供由重整 反应产生的氢的活性阳极隔室内而实现这种类型的重整。特别地，用 于直接内部重整的重整催化剂一般被放入阳极隔室的阳极集流体 (current collector )的波玟(corrugation )内。通常地，可获得诸如 片形、粒形、杆形、环形或球形的各种压实的固体形状的重整催化剂。 在美国专利No. 4788110中说明了在波紋形的阳极集流体中加入这些 类型的催化剂的典型技术。但是，由于催化剂粒子的小尺寸，因此这 些技术难以自动化并因此不是成本有效的。并且，使用这些技术放在阳极集流体中的催化剂常常在组装、处理、运输和操作过程中偏移或 溢出。为了克服这些缺点，转让给与这里相同的受让人的美国专利申请^^开No. 2004/0157104 乂〉开了通过挤压而形成为连续的线(cord)的 重整催化剂，以及使用PC控制器、具有管嘴或头部的挤压机和X-Y 位置台原位自动实施的将该催化剂装载到集流体中的方法，但是，虽所希望的利用的活性表面区域，但增加活性表面区域以提供增强的利 用会是有益的。并且，使用该方法制备的挤出物催化剂常常会松散地 粘附到它被沉积在其中的阳极波紋上。这可导致催化剂从波紋巻曲和 脱落。因此还希望在催化剂和波紋之间提供更强的结合。因此，本专利技术的目的在于提供具有增强的扩散和催化活性的改进 的重整催化剂挤出物。本专利技术的目的还在于提供导致材料成本降低的催化剂挤出物。 本专利技术的目的还在于提供改善催化剂和阳极集流体波紋之间的粘 附特性的催化剂挤出物的装栽方法。
技术实现思路
根据以下说明的本专利技术的实施例，在具有细长的主体(elongated body)的重整催化剂构件中实现以上和其它的目的，所述细长的主体 的外表面具有大量的峰区域和谷区域以便增大外表面的面积从而增强 催化剂利用。在公开的实施例中，峰区域和谷区域围绕主体的整个周 边接连相随，并且各具有修圆(rounded)的峰且在主体的长度上延 伸。并且，在>^开的实施例中，细长的主体是柱形(cylindrical)的， 并且峰区域和谷区域的连续导致柱形主体具有星状截面。另外公开了挤压组件和用于形成重整催化剂构件的方法。挤压组 件采用机械压力机和具有管嘴的模具头，所述管嘴的孔(bore)具有 上述的截面以实现所希望的催化剂构件。该方法采用以下步骤使用 催化剂和载体中的粘合剂制备催化剂混合物；使用机械压力机和模具头挤出催化剂混合物以形成催化剂构件；以及将催化剂构件装栽到阳 极集流体的预选通道中。装栽催化剂构件的步骤可与挤出催化剂混合物的步骤同时执行，构件。可使用伺服驱动器和软件控制的X-Y台来执行装栽步骤。形成催化剂构件和装栽催化剂构件的方法可另外包括在装栽步 骤之后并在干燥步骤之前使用滚压机压制(press)阳极集流体的步骤， 以及在干燥步骤之后煅烧催化剂构件的步骤。可以在燃料电池中原位 执行煅烧步骤。在本专利技术的其它方面中，使用红外辐射实施催化剂构件的干燥， 并且，在装载步骤之前，执行向集流体施加粘接剂的步骤。 还公开了加入集流体的直接重整燃料电池。附图说明当结合附图阅读以下的详细说明时，本专利技术的以上和其它特征和 方面将变得更加明显，其中，图1示出具有根据本专利技术的原理的重整催化剂构件的熔融碳酸盐 燃料电池；图2示出图1的重整催化剂构件的截面；图3示出包括用于形成图l和2的重整催化剂构件并放入集流^ 的沟道中的挤压组件的系统；图4示出在图3的挤压组件中使用的挤压管嘴；图5示出操作图3的系统并进一步处理所得到的装载了重整催化 剂的集流体的方法的流程图6示出用于根据图5的方法压制用图3的系统形成的集流体的 设备；图7示出用于根据图5的方法干燥装载了重整催化剂的集流体的 千燥组件；图8示出根据图5的方法形成的重整催化剂构件的孔隙尺寸分布的示图；以及图9示出根据图5的方法形成的重整催化剂构件和常规的重整催 化剂构件的相对性能的示图。具体实施例方式图l示出燃料电池组件l的一部分的截面图。如图所示，燃料电 池組件1包括燃料电池la，所述燃料电池la包含被电解质基体4分 隔开的阳极电极2和阴极电极3。燃料电池la还包括分别形成燃料气 体和氧化剂气体的气体通道5a、 6a的阳极集流体5和阴极集流体6。 在图l所示的示例性例子中，阳极集流体5和阴极集流体6是波紋形 的集流体。燃料电池组件1还包括用于使组件的相邻燃料电池相互分 隔开的多个双极隔板IO。在图l中，双极隔板10a将燃料电池la的 阳极2和阳极集流体5与邻近电池la的阳极侧的燃料电池分隔开，而 双极隔板10b将电池la的阴极3和阴极集流体6与邻近电池la的阴 极侧的燃料电池分隔开。在所示的情况下，组件1还包括将阳极电极2与波紋形的阳极集 流体5分隔开的阳极支撑构件12。图中还示出，波紋形的阳极集流体 5在集流体5和双极板10a之间的由集流体5的波紋所界定的空间或 通道5a中容纳以多个重整催化剂构件14的形式的直接重整催化剂。在图1中，重整催化剂构件14具有提供增加的表面面积以由此增 强催化剂的利用和效率的形状。特别地，在该解释性的实施例中，各 重整催化剂构件14包含具有外表面14B的细长的主体14A，所迷外 表面14B包含大量的峰区域和谷区域。在本解释性的情况下，主体14A 也基本上是柱形的。图2示出横穿主体构件14A的长度切取的每一个重整催化剂构件 14的截面图。从图中可以看出，主体14A的外表面14B围绕主体的 周边具有一系列的峰区域和谷区域15和16。各区域在其顶点处被修 圆，并且这一系列的区域导致主体14A的星状截面。在示出的特定情 况下，存在六个峰区域15和六个谷区域16，导致六点星截面。但是，10可以理解，峰区域和谷区域的数量可取决于诸如主体14A的截面尺寸 或厚度以及制造的便利性的多种因素而改变。可以理解，具有峰区域和谷区域1S和16的主体14A的形状增加 了催化剂构件14的几何表面面积。这使穿过燃料电池1的阳极集流体 中的通道5a的燃料气体暴露于增加的表面面积，其导致更多的燃料气 体被重整。结果，对于燃料重整需要较少量(约减少10% )的催化剂， 由此降低用于制造和操作燃料电池组件的材料成本。图3示出包括挤压組件21A的系统21,所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于重整燃料的重整催化剂构件，所述重整催化剂构件具有细长的主体，所述细长的主体的外表面具有大量的峰区域和谷区域，由此增加所述主体的外表面的面积以增强催化剂利用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：SP卡提卡纳尼，SE科雷亚，EH格拉德凯，
申请(专利权)人：燃料电池能有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]