制造尺寸均一的薄片或者粉末的连续方法和装置制造方法及图纸

一种由无机盐，金属或者类似的材料，或者这些材料的混合物连续制造用于碳酸盐燃料电池（“ＣＦＣ”）动力设备中的均匀的薄片或者粉末电解质材料的方法和装置。将电解质前体粉末装入用精确计量设备控制材料供给速度的连续搅拌型混合器中。然后，将混合后的粉末的均匀混合物装入到高温熔融罐中，混合物在其中熔融，形成所希望的熔融共晶组合物。将液态的共晶熔体通过陶瓷或者金属喷嘴从熔融罐中滴加到旋转的水冷金属圆筒上急冷，制成尺寸均一的薄片材料。这种薄片电解质材料可以原样使用，或者也可以用连续研磨和粉末制造设备作进一步的处理。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造尺寸均一的薄片或者粉末的连续方法和装置                     专利技术背景本专利技术涉及用无机盐，金属的或者类似的材料，或者这些材料的混合物来制造均匀的薄片状或者粉末材料，更具体的，涉及到一种连续制造用于碳酸盐燃料电池(“CFC”)动力设备中的电解质材料的制造方法和设备。燃料电池是一种通过电化学反应，将存储在燃料，比如氢或者甲烷中的化学能直接转变成电能的设备。通常，燃料电池包括一个负极或者阳极以及一个正极或者阴极，二者被电解质基体隔开，电解质基体在两个带相反电荷的电极之间导通导电离子。为了得到有用的功率量级，将大量单个的燃料电池串联堆叠在一起，每个电池之间用导电层连接。燃料电池的电解质基体的形式通常是一种电解质浸渍的基体结构。在比如美国专利Nos.3120456；3351491；4009321；4079171；4216278；4591538和5468573；日本专利Nos.JP726833，JP09027332和JP07226513；以及欧洲专利No.EP0689258A1中描述了制造这种结构的方法。在目前的CFC技术中，电解质基体包括用熔融共晶电解质浸渍了的多孔陶瓷支撑体。用电解质浸渍陶瓷基体一般在燃料电池堆的首次加热和调节的过程中原位进行。目前采用的活性电解质是无机盐碳酸锂(Li2CO3)，碳酸钾(K2CO3)和碳酸钠(Na2CO3)中的一种或者多种的一种熔融共晶混合物。如果要降低阴极在液态电解质中的溶解度，也可以加入次要的电解质添加剂，比如碱土元素镁，钙，钡和锶的碳酸-->盐，例如碳酸镁(MgCO3)或者碳酸钙(CaCO3)或者这些碱土元素的氧化物，比如氧化镁(MgO)，或者它们的组合。本领域的现有状况，一个燃料电池堆可以包括几百个串联堆叠在一起的电池，每个之间用一种电解质填充的基体组件隔开。几百千瓦大小的CFC演示单元目前正在运行，商业单元的市场入口短期内可打开。所以，必须建立起电解质材料制造工艺以迎合这种商业努力的所需要求。电解质的制造成本必须能使CFC在电源供应市场中具有商业竞争力。考虑电解质的需要，这就带来了多个重要的挑战。为了使CFC正常工作，所用的碳酸盐电解质必须具有精确的均匀的组成，以形成一种低熔点的共晶混合物。对电解质粉末的物理性能(例如颗粒尺寸，形貌和放置角度(angle of repose))的苛刻要求也要必须对它们小心控制以能够采用现有的连续制造方法和设备来将精确的加入量加入到CFC电极和电池的硬件中。目前，用来制造CFC电解质的方法一般包括，称量精确数量的电解质前体粉末，接着用P-K型混合器，球磨机或者其它类似的设备进行间歇式混合。将均匀的粉末混合物转移到一个或者多个高温坩埚中加热到电解质前体粉末混合物的熔点以上，形成一种熔融共晶混合物。将这种熔融混合物在坩埚中冻结成块体，或者将这种熔融液体倒在金属盘里，使其冷却，冻结成大的不均匀碎片，这种方法称为“急冷”。尽管由后一种方法形成的碎片是更希望的，但对设备操作者来讲，他们要暴露在泼溅的熔融液体中，急冷工艺相当危险。无论所用的方法如何，固化后的电解质块体或者碎片必须还要破碎成更小的碎片，最后转移到一种粉碎设备比如锤磨机中，制成所希望的均匀尺寸的薄片状或者粉末的最终材料。-->这种顺次的间歇式处理方法劳动强度高，昂贵而且不易规模化以满足预期的商业制造的要求。                     专利技术简述本专利技术提出了一种新方法，该方法针对用无机盐，金属或者类似的材料，或者这些材料的混合物制造尺寸均一的薄片状或者粉状材料的现有方法的上述缺陷。具体的，这里描述的是一种用来连续制造通常可用作CFC电解质材料的碳酸盐(例如Li2CO3，K2CO3和/或Na2CO3)的混合物的方法。本专利技术的一个目的是，通过提供一种新颖的用无机盐和金属材料或者这些材料的混合物制造薄片或者粉末材料，并精确控制薄片或者粉末的物理性能(例如颗粒尺寸，形貌，放置角度)的连续方法，从而克服了上述现有技术的限制。本专利技术的进一步的目的是提供一种成本有效的，劳动力需求小的系统。本专利技术另进一步的目的是提供一种电解质制造方法，其能连续制造具有精确的摩尔组成，具体的，在±1％摩尔比范围内的商业数量的电解质材料。依据本专利技术的原理，以一种制造CFC电解质的薄片或者粉末材料的自动化方法来实现上述目的和其它目的。更具体的，本专利技术的这种方法包括，将已称量数量的前体粉末装入到连续混合器中，将前体粉末混合直到得到均匀的干粉混合物，将这种均匀的干粉混合物连续加入到高温熔融罐中，将熔融罐中的粉末混合物加热使其熔融，形成共晶熔体，将此熔体从熔融罐中滴到旋转的水冷圆筒上以冷却该共晶熔体，然后将-->冷却的均一尺寸的薄片材料从旋转的圆筒上取下。本专利技术的进一步的方面，将吸气剂材料加入到熔融罐中的液态熔体区，以去除燃料电池的污染物。                     附图简述结合附图，阅读下面的详细描述，本专利技术的上述和其它特征及方面将变得更加明显，其中：图1是制造薄片或者粉末电解质材料的传统方法的工艺流程图；图2是依据本专利技术的原理，制造薄片或者粉末电解质材料的方法的工艺流程图；图3是用来执行图2的工艺流程中所示的本专利技术方法的系统的正视图；图4是图3系统中所用的混合单元的截面图；图5是图3系统中所用的熔融罐的截面图。                      专利技术详述图1所示是用来制造薄片或者干粉燃料电池电解质材料的传统方法的工艺流程。在第一步S1中，称量精确量的前体粉末材料。在步骤S2中，将该前体粉末手工加入到间歇式混合器中，例如P-K型混合器，球磨机或者类似设备中。在步骤S3中，将粉末混合一段在大约5-20分钟之间的最小的特定时间，以获得均匀的粉末混合物。在步骤S4中，将该均匀粉末混合物转移到一个或者多个高温坩埚中。在步骤S5中，将-->这些坩埚转移到炉子中，将粉末混合物在其中加热到前体粉末混合物的熔点以上。如步骤S6中所示，进行一段大约30-120分钟时间的热处理，以充分保证熔融混合物的均匀性。一旦得到了均匀的熔融共晶混合物，要么将这种熔融液体在坩埚中冷却成固体块体，如步骤S7a中所示，要么将该液体倒在冷的金属盘上“急冷”，如步骤S7b所示。然后，在步骤S8中，将固化的块体或者尺寸不均匀的碎片手工破碎成更小的碎片。最后，在步骤S9中，将这些更小的碎片装入一个间歇式粉碎机中，制成更小的均匀的薄片或者粉末材料。最后或许需要在步骤S10中进行过筛，以得到所希望的均匀的颗粒尺寸。如前面所讨论的，图1中的传统方法具有大量缺点，包括劳动强度大，昂贵，而且不易形成规模以迎合所希望的商业需要。本专利技术的方法克服了这些缺点，其流程图如图2中所示。在本专利技术的方法或者工艺中，在第一步S11中，将前体粉末材料装入容积式给料器中，前体粉末材料优选的包括至少一种无机碳酸盐和可能的至少一种金属盐，更优选的，包括无机盐碳酸锂(Li2CO3)，碳酸钾(K2CO3)和碳酸钠(Na2CO3)中的一种，以及次要的电解质添加剂，比如碱土元素镁，钙，钡和锶的碳酸盐或者氧化物组分中的至少一种。在步骤S12中，通过在步骤S11中使用的快速再加料的容积式给料器将这些前体材料装入到重力给料器中。在步骤S13中，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于连续制造均匀的尺寸均一的薄片或者粉末材料的自动化方法，包括步骤：将已称量数量的前体粉末装入到连续混合器中；将所述前体粉末混合，直到得到均匀的干粉混合物；将所述均匀的干粉混合物连续加入到高温熔融罐中；将所述粉末混合物在所述熔融罐中加热，使其熔融，形成共晶熔体；通过将所述熔体从所述熔融罐中滴到旋转的水冷圆筒上将所述共晶熔体冷却；将冷却了的尺寸均一的材料薄片从所述的旋转圆筒上取下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-6-13 10/171,1481.一种用于连续制造均匀的尺寸均一的薄片或者粉末材料的自动化方法，包括步骤：将已称量数量的前体粉末装入到连续混合器中；将所述前体粉末混合，直到得到均匀的干粉混合物；将所述均匀的干粉混合物连续加入到高温熔融罐中；将所述粉末混合物在所述熔融罐中加热，使其熔融，形成共晶熔体；通过将所述熔体从所述熔融罐中滴到旋转的水冷圆筒上将所述共晶熔体冷却；将冷却了的尺寸均一的材料薄片从所述的旋转圆筒上取下。2.权利要求1中的方法，其中所述的前体粉末选自金属盐。3.权利要求1中的方法，其中所述的前体粉末包括至少一种无机碳酸盐和至少一种金属盐的混合物。4.权利要求1中的方法，其中所述的前体粉末选自无机碳酸盐。5.权利要求4中的方法，其中所述的前体粉末包括碳酸锂，碳酸钾和碳酸钠中的至少一种。6.权利要求5中的方法，其中所述的前体粉末进一步包括次要的电解质添加剂，其包括碳酸镁，碳酸钙，碳酸钡和碳酸锶中的至少一种。7.权利要求6中的方法，其中的次要的电解质添加剂进一步包括镁，钙，钡和锶的氧化物的至少一种。8.权利要求5中的方法，其中所述的形成在所述熔融罐中的共晶熔体是电解质，使得所述的冷却了的薄片电解质材料是离子电导的。9.权利要求1中的方法，其中，将已称量数量的前体粉末加入到连续混合器中的步骤用至少一个重力给料器完成。10.权利要求9中的方法，其中，采用至少一个快速再加料的容积式给料器来控制所述的至少一个重力给料器中的前体粉末材料的水平。11.权利要求9中的方法，其中，将所述的均匀干粉混合物连续加入到所述高温熔融罐中的步骤用螺杆推进式的给料器完成。12.权利要求1中的方法，其中，将所述的粉末混合物在所述熔融罐中加热形成所述共晶熔体的温度范围在大约500-800℃之间，持续的时间范围在大约30-90分钟之间。13.权利要求12中的方法，其中，在通过将所述熔体从所述熔融罐中滴到旋转的水冷圆筒上以冷却所述共晶熔体的所述步骤中，所述的液态共晶熔体从熔融罐的喷嘴流过，并从该喷嘴滴出，滴到所述的圆筒上。14.权利要求13中的方法，其中所述的液态共晶熔体从所述的熔融罐中流入位于所述喷嘴一端的孔中。15.权利要求1中的方法，其中，将冷却的尺寸均一的薄片材料从所述旋转的圆筒上取下的步骤用刮板完成。16.权利要求15中的方法，其中，从所述的冷却的旋转圆筒上剥下的薄片状材料在水冷震动盘上进一步冷却。17.权利要求16中的方法，进一步包括步骤，用研磨和筛分设备对所述冷却的薄片材料作进一步的处理，以得到所希望颗粒尺寸的均匀粉末。18.权利要求17中的方法，进一步包括转筒混合的最终步骤。19.权利要求18中的方法，其中所述的均匀粉末是摩尔组成在±1％摩尔比范围内的电解质材料。20.一种连续制造商用量的用于熔融碳酸盐燃料电池中的电解质材料的自动化方法，包括步骤：将已称量数量的前体粉末供给到连续混合器中，所述的前体粉末包括碳酸锂，碳酸钾和碳酸钠中的至少一种；将所述前体粉末混合，直到得到均匀的干粉混合物；将所述均匀的干粉混合物连续加入到高温熔融罐中；将所述粉末混合物在所述熔融罐中加热，使其熔融，形成共晶电解质熔体；通过将所述熔体从所述熔融罐中滴到旋转的水冷圆筒上将所述共晶电解质熔体冷却；将冷却的尺寸均一的电解质材料薄片从所述的旋转圆筒上取下。21.权利要求20中的方法，其中所述的前体粉末中进一步包括次要的添加剂，其包括碳酸镁，碳酸钙，碳酸钡和碳酸锶中的至少一种。22.权利要求21中的方法，其中的次要的添...

【专利技术属性】
技术研发人员：TM卢卡斯，JD多伊昂，
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]