[发明专利]一种大面积熔融碳酸盐补盐燃料电池

说明书

技术领域

本发明属于能源技术领域的燃料电池关键技术，具体涉及一种大面积熔融碳酸盐补盐燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置，其最大特点是反应过程不涉及到燃烧，因此能量转换效率不受“卡诺循环”的限制，效率高达50％～60％，电池反应产物仅为水，没有污染物的排放。因此，燃料电池代表一种与传统能源系统完全不同的全新的能量转换方式，它不仅会以更清洁更持续的方式替代交通运输与电厂系统中广泛应用的电机装置，而且还会逐步进入便携供电系统与其他能源应用领域。

燃料电池具有能量转换效率高、污染小、用水少、占地小等突出优点，因此多年来一直成为替代传统发电厂设备的最佳选择。截至目前，世界上已有200多座磷酸燃料电池电站、50座熔融碳酸盐燃料电池电站和20多座固体氧化物燃料电池示范装置。熔融碳酸盐燃料电池可采用氢气、生物质气、天然气等气体为燃料，不需要贵金属作催化剂，可作为分布式电源和小型电站应用。

熔融碳酸盐燃料电池由电极、电解质隔膜、碳酸盐片、双极板等关键部件组成。电解质隔膜和碳酸盐片在电池堆运行时烧结在一起，熔融的碳酸盐依靠毛细作用渗入烧结好的电解质隔膜微孔内，起到阻气、传导碳酸根离子的作用。

电解质隔膜必须具有长时间容留电池中熔融碳酸盐电解质的功能，但在电池堆的实际运行过程中，存在电解质损失的问题，大大影响了电池堆的寿命和稳定运行。电解质的损失主要是由于与金属部件发生腐蚀反应，电解质的蒸发和迁移等原因。电解质的损失造成了电池内阻增大，电解质隔膜板的粗孔化，使电解质的保持力降低，加速了电解质的损失。因此为保证熔融碳酸盐燃料电池堆的长寿命和稳定运行，运行过程中的补盐技术能够使熔融碳酸盐燃料电池能够延长使用寿命，增加熔融碳酸盐燃料电池发电技术的竞争力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决熔融碳酸盐燃料电池运行过程中的补盐问题的大面积熔融碳酸盐补盐燃料电池。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括阳极加热端板，阴极加热端板以及密封在阳极加热端板和阴极加热端板之间的双极板，沿阳极加热端板四周开设有碳酸盐储存槽，阳极加热端板的四角加工有与碳酸盐储存槽相连通的补盐孔；双极板四角与阳极加热端板对应的补盐孔位置加工同样大小尺寸的双极板补盐孔；且在阳极加热端板的补盐孔上设置有盖帽。

本发明的碳酸盐储存槽的宽度为20-50mm，深度为2-5mm；补盐孔的直径为10-20mm；碳酸盐储存槽上设置有不锈钢盖板。

本发明在设计上考虑了熔融碳酸盐燃料电池堆电解质盐的损失原因，阳极加热端板储盐槽和双极板补盐通道结构简单合理，而且在任何缺盐的条件下，均可通过阳极加热端板的储盐槽为电池堆补盐。阳极加热端板与双极板上的补盐孔与电极之间有足够的密封空间，能够保证电池堆的密封，不存在气体泄露和短路问题。能够大大提高电池堆的寿命，保证电池堆稳定安全运行。

附图说明：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的阳极加热端板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括阳极加热端板1，双极板2和阴极加热端板3，沿阳极加热端板1四周开设有宽度为20-50mm，深度为2-5mm的碳酸盐储存槽4，碳酸盐储存槽4不会与端板侧面的阴极气孔相通，因此不存在燃料泄露或气体短路。阳极加热端板1的四角加工有与碳酸盐储存槽4相连通的直径为10-20mm补盐孔5；双极板2四角与阳极加热端板1对应的补盐孔位置加工同样大小尺寸的双极板补盐孔6；且在阳极加热端板1的补盐孔5上设置有盖帽7。电池堆高温运行时，放置在储盐槽4内的碳酸盐熔融后由补盐孔5下行并在毛吸作用下进入电解质隔膜；阳极加热端板补盐孔、电解质隔膜和双极板补盐孔形成电池堆的补盐通道，由储盐槽和双极板补盐孔内预置的碳酸盐为电池堆补充损失的盐。

如图2所示，阳极端板上表面加工有盐储槽、补盐孔以及燃料气体流道。电池堆装配时阳极端板表面覆盖并焊接一块与端板相同大小的不锈钢板。为保证燃料气体不泄露，本发明将阳极端板上覆盖的不锈钢板分割为两块，一块与燃料气体流道的尺寸相同，与燃料气体流道焊接在一起以保证密封；一块覆盖在盐储槽上，在电池堆运行时，可取下盖帽7向电池堆补盐。

电池堆装配时，可先在双极板四角的双极板补盐孔内预装一定量的碳酸盐片，在电池堆运行时，熔融的盐片能够靠毛细作用扩散到电解质隔膜中；电池堆长期运行后，补盐将依靠阳极端板与双极端板形成的补盐通道为电池堆补充碳酸盐。

制作时，首先应用数控工艺加工阳极加热端板，在阳极端板表面加工盐储槽和补盐孔，用数控工艺或化学腐蚀工艺加工双极板，双极板四周加工补盐孔；用一块与加热端板相同尺寸的薄不锈钢板从中间切割出与燃料流道尺寸相同的一块，覆盖并焊接在燃料气体流道上，剩余部分覆盖在盐储槽的上表面。含补盐结构的阳极加热端板、电解质隔膜、双极板补盐孔，就构成了本发明熔融碳酸盐燃料电池完整的电池堆补盐结构。