[发明专利]一种高活性直碳燃料电池的碳燃料制备方法

说明书

本发明涉及一种高活性直碳燃料电池的碳燃料制备方法，包括以下步骤：将富碳素的可再生生物质或/和固体废弃物先做粉碎混合处理，经干燥后，在无氧或者缺氧的条件下，投入中高温焦化装置中得到碳燃料。本发明的高活性直碳燃料电池的碳燃料制备方法步骤简单，碳燃料自身属无定形结构，具有较大的比表面积，在直碳燃料电池工作工况下，更易浸润在熔融碳酸盐浴中；同时此碳燃料颗粒自身含有许多活化成分，既起到了活化催化碳氧化反应的作用，也起到了增强电流传导的作用；该制备方法容易操作，放大工程易实现；更为主要的是，所利用的碳源来自固体废弃物和可再生生物质，这对减少环境破坏与减少不可再生资源的消耗，以及环境保护都十分有益。

技术领域

本发明涉及一种高活性直碳燃料电池的碳燃料制备方法。

背景技术

直碳燃料电池是一种将化学能量转化为电能的装置。它以碳为原料，直接将碳的化学能转化为电能；而不是应用传统的工艺：通过碳的燃烧将其化学能转化为热能，再通过汽轮机将热能转化为机械能,进而带动发电机生成电能。因为不经历热能的转化，因此没有卡诺循环对效率上限的约束。理论上，直碳燃料电池的发电效率能达到100％,这与现有的火力发电30％左右的效率相比，可以说是革命性的提高。另外，由于煤炭是固体，氧化产物是CO₂气体，直碳燃料电池的设计有利于两者的分离和CO₂气体的回收，从而达到减排甚至零排放CO₂温室气体的效果。

进入新世纪以来，随着太阳能，生物质能，风能等新型能源和可再生能源研究的流行，燃料电池也进入人们的视野。随着研究的深入,燃料电池的种类也日趋广泛，发展出碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)等多种类型。这些燃料电池多以气体和液体为燃料，与直碳燃料电池利用固体碳为燃料相比，在燃料的储存和输送上都存在较大劣势，因此直碳燃料电池成为燃料电池研究的热点。

直碳燃料电池的碳燃料多为固体碳材料，其来源十分广泛，从传统化石矿产碳源(如煤炭)，到废弃物焦化产物(如焦炭)，再到可再生生物质碳化产物(如竹木碳纤维，秸秆木炭)，都可以作为直碳燃料电池的碳燃料。

由于碳燃料是固体材料，所以直碳燃料电池的阳极氧化是固相-固相反应，一般认为这种类型的反应较为困难，主要是由于固体间接触的表面积有限，且传质较为困难；目前已有的改进方法主要有两种，一种是将固体碳燃料置于熔融的碳酸盐中，以增大反应接触面积；另一种方法是人工加入活化催化剂，如碱金属、碱土金属或过渡金属的离子等，这些离子主要有两个用途，一是催化碳燃料的氧化反应，另一个是起到收集传导电流的作用。但是纯碳固体材料在碳酸盐中的浸润效果不是很好，增大接触面积有限，而人工加入金属离子在放大生产中也不可取。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种高活性直碳燃料电池的碳燃料制备方法，能够减少污染，减排环保：一方面通过利用固体废弃物制造碳燃料减轻了垃圾处理的负担，变废为宝，减少环境污染；另一方面通过将可再生生物质焦化成碳燃料，碳燃料发电产生二氧化碳，新生的生物质吸收二氧化碳，实现了碳元素在自然界和人类活动之间的良性循环，总体上有效地降低了碳排放，十分符合环保理念。

本发明的高活性直碳燃料电池的碳燃料制备方法，包括以下步骤：将富碳素的可再生生物质或/和固体废弃物先做粉碎混合处理，经干燥后，在无氧或者缺氧的条件下，投入中高温焦化装置中得到碳燃料。

本发明的高活性直碳燃料电池的碳燃料制备方法，所述可再生生物质为秸秆或木纤维；所述固体废弃物为废纸、废旧塑料、弃置包装纸或建筑装潢材料。

本发明的高活性直碳燃料电池的碳燃料制备方法，所述富碳素的可再生生物质或/和固体废弃物在粉碎时粒径为0.1-50mm。