一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜及其制备方法技术

一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜及其制备方法，该电池隔膜包括多孔金属材料，分别设置在多孔金属材料上部和下部的一层上隔膜和一层下隔膜，形成隔膜-金属-隔膜一体式复合结构；还包括使用时，在裁剪成所需形状的隔膜-金属-隔膜一体式复合结构的上部和下部设置的表面隔膜，所述上隔膜、下隔膜和表面隔膜均采用传统的隔膜浆料制备而成；本发明专利技术还提供该电池隔膜的制备方法；该电池隔膜具有非常高的机械强度，有效解决了隔膜在组装过程中的易破裂问题，减小熔融碳酸盐燃料电池的组装难度，另外还提高了隔膜的孔隙率，增加了电解质的保有量，进而增加了电池寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜及其制备方法
本专利技术涉及熔融碳酸盐燃料电池
，具体涉及一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜及其制备方法。
技术介绍
燃料电池是一种不经过燃烧而以电化学反应方式将燃料的化学能直接变为电能的发电装置，其最大特点是反应过程不涉及燃烧，因此能量转化效率不受“卡诺循环”的限制，效率高达50％～60％。燃料电池工作时，氢气或其他燃料输入到阳极，并在电极和电解质的界面上发生氢气或其他燃料氧化与氧气还原的电化学反应，产生电流，输出电能。与火力发电方式相比，燃料电池的发电过程不经过燃料的直接燃烧，CO、CO2、SO2、NOx及未燃尽的有害物质排放量极低，是公认的继火电、水电和核电之后的第四种发电方式。因此，燃料电池是集能源、化工、材料与自动化控制等新技术为一体的、具有高效与洁净特色的新电源。但是，熔融碳酸盐燃料电池的电解质隔膜在电池运行过程中要保证有效的阻气性能，必须具有一定的机械强度。在熔融碳酸盐燃料电池的启动和运行过程中，隔膜会受到各个部件热膨胀引起的机械应力和隔膜与熔盐电解质热膨胀系数不同引起的热应力。为了防止隔膜在启动运行过程中出现内部裂纹，研究者们向隔膜内添加Al2O3大颗粒、Al2O3纤维、棒状γ-LiAlO2以及低熔点Al金属粉末等来增强隔膜颗粒间的结合力，从而增强隔膜的抗应力能力。但是，Al2O3大颗粒的加入，不能讲隔膜增强至需要的强度，Al2O3纤维又不能在熔盐电解质环境中长期稳定的存在，而且价格还较高，棒状γ-LiAlO2的制备方法复杂，生产成本高。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜及其制备方法，该电池隔膜具有非常高的机械强度，有效解决了隔膜在组装过程中的易破裂问题，减小熔融碳酸盐燃料电池的组装难度，另外还提高了隔膜的孔隙率，增加了电解质的保有量，进而增加了电池寿命。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜，包括多孔金属材料2，分别设置在多孔金属材料2上部和下部的一层上隔膜1和一层下隔膜3，形成隔膜-金属-隔膜一体式复合结构；还包括使用时，在裁剪成所需形状的隔膜-金属-隔膜一体式复合结构的上部和下部设置的表面隔膜4，所述上隔膜1、下隔膜3和表面隔膜4均采用传统的隔膜浆料制备而成。所述多孔金属材料2的孔隙率为70～80％，孔径范围为10～150μm，厚度为0.05～0.2mm。所述表面隔膜4的孔径范围为0.1～1μm。所述电池隔膜的整体孔隙率为40～70％。上述所述的一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1：首先将传统的隔膜浆料采用带铸法制备成膜，作为上隔膜1使用；步骤2：将预先压制好的多孔金属材料2放置在上述上隔膜1之上，直至上隔膜1完全干燥，制备成金属-隔膜一体式结构；步骤3：再次将传统的隔膜浆料采用带铸法制备成膜，将所制备的金属-隔膜一体式结构采用金属面朝下的方式放置于下隔膜3之上，直至下隔膜3完全干燥，形成隔膜-金属-隔膜一体式复合结构；步骤4：使用时，将上述隔膜-金属-隔膜一体式复合结构裁剪成所需形状，并在其上部和下部分别热压一层采用传统的隔膜浆料制备而成的表面隔膜4，形成电池隔膜。所述传统的隔膜浆料采用粒度范围为0.1～10μm的LiAlO2粉料与溶剂、分散剂、消泡剂、粘结剂和增塑剂混合球磨均匀制备而成。所述多孔金属材料(2)为采用孔隙率70～80％的泡沫镍作为金属骨架，在油压机上100t压力下研制成厚度为0.05～0.2mm的金属薄片。本专利技术制备方法简单，且制备的电池隔膜具有多孔金属材料支撑层，多孔金属骨架镶嵌于隔膜的中间，可以起到增加隔膜抗压能力，同时还可以在电池运行过程中储存更多的电解质，支撑层两侧均覆盖有LiAlO2隔膜材料；因此具有非常高的机械强度，有效解决了隔膜在组装过程中的易破裂问题，减小熔融碳酸盐燃料电池的组装难度，另外还提高了隔膜的孔隙率，增加了电解质的保有量，进而增加了电池寿命。附图说明图1为本专利技术隔膜-金属-隔膜一体式复合结构示意图。图2为本专利技术使用时，将隔膜-金属-隔膜一体式复合结构制备成电池隔膜的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。如图1和图2所示，本专利技术一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜，包括多孔金属材料2，分别设置在多孔金属材料2上部和下部的一层上隔膜1和一层下隔膜3，形成隔膜-金属-隔膜一体式复合结构；还包括使用时，在裁剪成所需形状的隔膜-金属-隔膜一体式复合结构的上部和下部设置的表面隔膜4，所述上隔膜1、下隔膜3和表面隔膜4均采用传统的隔膜浆料制备而成。作为本专利技术的优选实施方式，所述多孔金属材料2的孔隙率为70～80％，孔径范围为10～150μm，厚度为0.05～0.2mm。作为本专利技术的优选实施方式，所述表面隔膜4的孔径范围为0.1～1μm。作为本专利技术的优选实施方式，所述电池隔膜的整体孔隙率为40～70％。上述所述的一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1：用粒度范围在0.1～10μm之间α-LiAlO2颗粒作为隔膜粉料，采用蒸馏水作为溶剂，乳酸作为分散剂，聚乙烯醇作为粘结剂，甘油和三乙酸甘油酯作为增塑剂，聚醚作为消泡剂，混合球磨24小时形成均一的隔膜浆料，然后采用带铸法制备成膜，作为上隔膜1使用；制备时，上述各组分的含量按公开专利CN97111018.2进行配比。步骤2：采用孔隙率80％的泡沫镍作为金属骨架，在油压机上100t压力下研制成0.1μm金属薄片，然后将其铺展在上述隔膜1之上，直至上隔膜1完全干燥，制备成金属-隔膜一体式结构；步骤3：再次采用步骤1所述方法制备成膜，作为下隔膜3使用，将步骤2所制备的金属-隔膜一体式结构采用金属面朝下的方式放置于下隔膜3之上，直至下隔膜3完全干燥，形成隔膜-金属-隔膜一体式复合结构；步骤4：使用时，将上述隔膜-金属-隔膜一体式复合结构裁剪成所需形状，并在其上部和下部分别热压一层采用步骤1所述方法制备成膜形成的表面隔膜4，形成电池隔膜。经过压汞测试，电池隔膜的总体孔隙率为68％，平均孔径为0.4μm时，达到电池对隔膜各项性能参数要求。将上述制备的电池隔膜放置于电池端板之间进行预组装实验，将组装压力升高至20t后保持5分钟，然后对隔膜进行查看，隔膜完好无损，没有出现破裂，说明本专利技术方法制备的电池隔膜具有非常高的机械强度，完全满足大组装压力下熔融碳酸盐燃料电池的要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜，其特征在于：包括多孔金属材料(2)，分别设置在多孔金属材料(2)上部和下部的一层上隔膜(1)和一层下隔膜(3)，形成隔膜‑金属‑隔膜一体式复合结构；还包括使用时，在裁剪成所需形状的隔膜‑金属‑隔膜一体式复合结构的上部和下部设置的表面隔膜(4)，所述上隔膜(1)、下隔膜(3)和表面隔膜(4)均采用传统的隔膜浆料制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜，其特征在于：包括多孔金属材料(2)，分别设置在多孔金属材料(2)上部和下部的一层上隔膜(1)和一层下隔膜(3)，形成隔膜-金属-隔膜一体式复合结构；还包括使用时，在裁剪成所需形状的隔膜-金属-隔膜一体式复合结构的上部和下部设置的表面隔膜(4)，所述上隔膜(1)、下隔膜(3)和表面隔膜(4)均采用传统的隔膜浆料制备而成，所述传统的隔膜浆料采用粒度范围为0.1～10μm的LiAlO2粉料与溶剂、分散剂、消泡剂、粘结剂和增塑剂混合球磨均匀制备而成。2.根据权利要求1所述的一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜，其特征在于：所述多孔金属材料(2)的孔隙率为70～80％，孔径范围为10～150μm，厚度为0.05～0.2mm。3.根据权利要求1所述的一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜，其特征在于：所述表面隔膜(4)的孔径范围为0.1～1μm。4.根据权利要求1所述的一种高强度熔融碳酸盐燃料电池隔膜，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：许世森，王鹏杰，程健，张瑞云，任永强，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11