一种具备三电极结构的碳燃料电池系统的测试方法技术方案

一种具备三电极结构的碳燃料电池系统的测试方法，选用管式结构的电解质，组建一种电池反应系统，在电池系统中加入三电极测试装置，在不同的反应温度下，通过参比电极，研究阴极和阳极的极化情况。通过设计实验，研究不同反应条件下，电池的放电性能，获得阴阳两极的极化特性曲线，确定最佳的电池反应条件，根据实验结果，对三电极测试装置进行优化，改善阴阳两极的极化情况，完善燃料电池反应系统。完善燃料电池反应系统。完善燃料电池反应系统。

【技术实现步骤摘要】
一种具备三电极结构的碳燃料电池系统的测试方法


[0001]本专利技术属于燃料电池领域，具体涉及一种具备三电极结构的碳燃料电池系统的测试方法。

技术介绍

[0002]在我国的天然能源调查中，我们不难发现其中不可再生资源，例如煤炭的消费量高达七成，然而石油以及天然气的消费量却仅占两成，毕竟我国总体上也是“煤多油少”。现阶段全球人口不断增加，中国也在高速发展，我们越来越需要更多的能源来改善我们的生活，但是不可再生资源是有限的，总有一天我们会将它消耗殆尽，所以我们需要提高现有不可再生资源的利用率，与此同时像太阳能、风能、核能等可再生能源越来越受人们的关注。根据我国能源可持续发展原则，在使用能源的同时，如何将能源最大化利用也值得被人们考虑。尤其是在中国，煤炭作为最丰富、最廉价的化石燃料，是一种重要的电力来源。目前，煤中储存的能量通过热能发电技术转化为电能。这种过程包括煤在非常高的温度下在空气中燃烧，导致能源的严重浪费，以及全球气候变化等环境问题。因此，使用更高效、更清洁的工艺将煤的化学能转化为电能是迫切而重要的。
[0003]燃料电池发电作为与传统的火力发电、水力发电和核能发电原理完全不同的一种新型发电方式，其优点是不需要发电机、汽轮机等能量转换装置，而是直接将燃料的化学能转化为电能，这样一来燃料电池发电可以省去多次能量转化带来的能量损失，大大提高了能源的利用率。燃料电池作为一种突破性的新能源生产形式，是一种21世纪首选高效清结的发电技术。
[0004]燃料电池系统中的燃料与电力的转化效率普遍比火力发电的效率高出1.5倍。由于燃料电池可以直接将燃料的化学能
→
为电能，不会像以前的火力发电那样有过多的能量转化形式(化学能
→
热能
→
机械能
→
电能)——这些能量的转化方式或多或少都会有能量损失，如此一来则大大降低了煤炭的利用率，间接增加了污染；而燃料电池可以避免上述多级能量转化方式带来的能量损失，进而提高发电效率。
[0005]燃料电池在1838年由Christian首先提出，当时被称为气态电池，后由Mond和Langer两人以铂黑作为电池的电极，氧离子导体作为电池的电解质，进行了电池测试运行，并把这种电池更名燃料电池。燃料电池电解质的类型可分为以下几类：熔融氢氧化物、熔融碳酸盐、质子交换膜、碱性材料(KOH)、磷酸以及固体氧化物等。这些电解质对应{(MHFC)、(MCFC)、(PEMFC)、(AFC)、(PAFC)、(SOFC)}这几种类型的燃料电池[1]。
[0006]与磷酸燃料电池和质子交换膜燃料电池这两种需要催化剂电池相比，熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池(两种工作温度在500℃至1000℃)则不需要催化剂。而且这两种电池排放的CO气体也可以收集起来作为燃料循环利用。
[0007]三电极系统，顾名思义相比于传统的两电极(阴极和阳极)系统多了一个电极，分为如下三种，但结构都大相径庭。大体上包括工作电极(WE)、对电极(CE)、参比电极(RE)，其中，CE又叫辅助电极。三电极系统中最特殊的就是RE，不同于其他两个电极，RE的电势最高
而且电流几乎不通过RE相当于断路，不过RE却是整个电池的一个参照物，通过RE我们可以获取阴阳两极之间的很多电化学性质，电池如果出现问题，通过参比电极可以知道究竟是剩下两极中哪一极出了问题，而且三电极体系下WE的电压也比两电极体系更稳定，三电极体系因此得以在许多电化学实验中使用。
[0008]未来清洁发电将是我们重点关注的对象，前几种燃料电池都已广泛应用或者即将应用，技术比较成熟。但固体氧化物燃料电池作为一种集众多能源生成优点于一身并且清洁高效的电池，但是对于其的性能测试仍不完善。

技术实现思路

[0009]为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术的目的在于提供一种具备三电极结构的碳燃料电池系统的测试方法，旨在解决现有技术存在的问题。
[0010]本专利技术为达到其目的，所采用的技术方案如下：
[0011]一种具备三电极结构的碳燃料电池系统的测试方法，包括以下步骤：
[0012]S1、组装完成碳燃料电池装置；
[0013]S2、取活性碳粉和碳酸锂粉装在坩埚内进行充分混合，相继在装有碳粉并带有钻孔盖的坩埚内插入涂好银浆并外缠及内插银丝的YSZ电解质管和参比电极；
[0014]其中，所述参比电极包括刚玉细管、金丝、纳米氧化铝粉、碳酸锂和铜丝，所述金丝的一端插入刚玉细管并抵住封堵末端后，另一端弯折后用铜丝绑住固定于刚玉细管外；
[0015]S3、将上述插好YSZ电解质管和参比电极的坩埚平稳放入加热炉中，分别在钻孔的坩埚盖上和YSZ电解质管口插入氮气和氧气导气管，然后在加热炉内紧贴坩埚外壁处插入高温热电偶，再将阴阳极银丝和参比电极分别接到电化学工作站和台式万用表，测量各电极间的电压和后续测量；
[0016]S4、开始通氮气，打开质量流量计，控制氮气流量，将氮气充满整个空间，然后将开始加热炉升温，在升温过程中，打开电化学工作站和台式万用表软件时刻跟踪开路电压以及参比电极和待测电极间的电压，达到目标温度后并待电池电压稳定后进行电化学性能的测试；
[0017]S5、调整动电位扫描、温度、YSZ电解质管以及碳燃料的的参数进行阴阳两极极化的测试。
[0018]优选的，在步骤S1中，所述碳燃料电池装置的组装步骤如下：
[0019]s1、取出一根YSZ电解质管，将其用砂纸打磨干净，如果使用的是新的电解质管则可以省略该步骤；
[0020]s2、将银浆用乙酸乙酯稀释后均匀涂抹在YSZ电解质管外；
[0021]s3、将作为阴极的银丝均匀紧密的缠绕在涂满银浆的YSZ电解质管上并用夹子固定多余的银丝；
[0022]s4、同样将作为阳极的银丝卷成螺旋状以增大接触面积，同时将银丝打磨干净；
[0023]s5、将碳燃料与碳酸锂按一定比例充分混合后通过进料漏斗加入到YSZ电解质管内然后分别插入阳极银丝、参比电极和导气管，同时需要注意各个金属之间要固定并绝缘，导气管不要触碰碳燃料，然后将整个装置插入加热炉内最后塞上保温陶瓷棉，完成组装。
[0024]优选的，在步骤S1中，所述碳燃料电池装置的组装步骤如下：
[0025]s1、取出一根YSZ电解质管，将其用砂纸打磨干净，如果使用的是新的电解质管则可以省略该步骤；
[0026]s2、将作为阴极的银丝均匀盘成弹簧状，插入YSZ电解质管内，并贴合于YSZ电解质管内壁；
[0027]s3、将银浆用乙酸乙酯稀释后倒入YSZ电解质管内，转动YSZ电解质管使银浆均匀覆盖在YSZ电解质管内并包裹银丝；
[0028]s4、将银浆用乙酸乙酯稀释后均匀涂抹在YSZ电解质管外，将作为阳极的银丝均匀紧密的缠绕在涂满银浆的YSZ电解质管上并用夹子固定多余的银丝；
[0029]s5、将碳燃料与碳酸锂按一定比例充分混合后用进料漏斗通过坩埚盖上的进料孔加入到坩埚内，然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备三电极结构的碳燃料电池系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、组装完成碳燃料电池装置；S2、取活性碳粉和碳酸锂粉装在坩埚内进行充分混合，相继在装有碳粉并带有钻孔盖的坩埚内插入涂好银浆并外缠及内插银丝的YSZ电解质管和参比电极；其中，所述参比电极包括刚玉细管、金丝、纳米氧化铝粉、碳酸锂和铜丝，所述金丝的一端插入刚玉细管并抵住封堵末端后，另一端弯折后用铜丝绑住固定于刚玉细管外；S3、将上述插好YSZ电解质管和参比电极的坩埚平稳放入加热炉中，分别在钻孔的坩埚盖上和YSZ电解质管口插入氮气和氧气导气管，然后在加热炉内紧贴坩埚外壁处插入高温热电偶，再将阴阳极银丝和参比电极分别接到电化学工作站和台式万用表，测量各电极间的电压和后续测量；S4、开始通氮气，打开质量流量计，控制氮气流量，将氮气充满整个空间，然后将开始加热炉升温，在升温过程中，打开电化学工作站和台式万用表软件时刻跟踪开路电压以及参比电极和待测电极间的电压，达到目标温度后并待电池电压稳定后进行电化学性能的测试；S5、调整动电位扫描、温度、YSZ电解质管以及碳燃料的参数进行阴阳两极极化的测试。2.根据权利要求1所述的具备三电极结构的碳燃料电池系统的测试方法，其特征在于，在步骤S1中，所述碳燃料电池装置的组装步骤如下：s1、取出一根YSZ电解质管，将其用砂纸打磨干净，如果使用的是新的电解质管则可以省略该步骤；s2、将银浆用乙酸乙酯稀释后均匀涂抹在YSZ电解质管外；s3、将作为阴极的银丝均匀紧密的缠绕在涂满银浆的YSZ电解质管上并用夹子固定多余的银丝；s4、同样将作为阳极的银丝卷成螺旋状以增大接触面积，同时将银丝打磨干净；s5、将碳燃料与碳酸锂按一定比例充分混合后通过进料漏斗加入到YSZ电解质管内然后分别插入阳极银丝、参比电极和导气管，同时需要注意各个金属之间要固定并绝缘，导气管不要触碰碳燃料，然后将整个装置插入加热炉内最后塞上保温陶瓷棉，完成组装。3.根据权利要求1所述的具备三电极结构的碳燃料电池系统的测试方法，其特征在于，在步骤S1中，所述碳燃料电池装置的组装步骤如下：s1、取出一根YSZ电解质管，将其用砂纸打磨干净，如果使用的是新的电解质管则可以省略该步骤；s2、将作为阴极的银丝均匀盘成弹簧状，插入YSZ电解质管内，并贴合于YSZ电解质管内壁；s3、将银浆用乙酸乙酯稀释后倒入YSZ...

【专利技术属性】
技术研发人员：于金帅，孙春峰，耿东森，马承威，邱苹，赵晓萌，
申请(专利权)人：华北科技学院中国煤矿安全技术培训中心，
类型：发明
国别省市：