一種熔融碳酸鹽燃料電池的性能診斷方法
【專利摘要】一種熔融碳酸鹽燃料電池的性能診斷方法，其具體步驟有：1、判斷在組裝過程中偏鋁酸鋰隔膜、碳酸鹽電解質與電極三者之間是否具有很好的匹配；2、在電池升溫燒結過程中，測量電池的漏氣量與竄氣量，以此確定電池隔膜是否燒結充分；3、當碳酸鹽電解質完全浸入偏鋁酸鋰隔膜后，陽極通入氮氣，陰極通入空氣，記錄電池的開路電壓上升情況，以此分析電池內部的三相界面的形成情況；根據上述三條，可以對組裝的電池的最終性能做出一個預測，如果上述三條有一條沒有達到要求，即可宣布所組裝的電池是失敗的，可停止試驗，這樣對電池試驗既有一個宏觀的指導，又可以節約電池試驗中的成本，對熔融碳酸鹽燃料電池的發電試驗研究具有重要的實用價值。
【專利說明】一種熔融碳酸鹽燃料電池的性能診斷方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于熔融碳酸鹽燃料電池【技術領域】，特別涉及一種熔融碳酸鹽燃料電池的性能診斷方法。
【背景技術】
[0002]燃料電池是一種不經過燃燒而以電化學反應方式將燃料的化學能直接變為電能的發電裝置，其最大特點是反應過程不涉及燃燒，因此能量轉化效率不受“卡諾循環”的限制，效率高達燃料電池工作時，氫氣或其他燃料輸入到陽極，并在電極和電解質的界面上發生氫氣或其他燃料氧化與氧氣還原的電化學反應，產生電流，輸出電能。與火力發電方式相比，燃料電池的發電過程不經過燃料的直接燃燒，CO、CO2、SO2、NOx及未燃盡的有害物質排放量極低，是公認的繼火電、水電和核電之后的第四種發電方式。因此，燃料電池是集能源、化工、材料與自動化控制等新技術為一體的、具有高效與潔凈特色的新電源。
[0003]到目前為止，燃料電池已經出現了很多種技術和結構類型，但是根據電解質的不同，一般分為堿性燃料電池(Alkaline Fuel Cell, AFC)、磷酸燃料電池(Phosphoric AcidFuel Cell, PAFC)、溶融碳酸鹽燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)、固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell, S0FC)和質子交換膜燃料電池(Proton ElectrolyteMembrane Fuel Cell1PEMFC)等五大類。MCFC由于其工作溫度高(約923K)，高溫排氣可用于燃氣輪機混合發電，具有聯合循環發電效率高和電廠結構簡單等優點，具有廣闊的應用前景，也是最有潛力應用于MW級分布式發電系統的燃料電池之?。MCFC到目前已經有約40年的發展歷史，美國日本等發達國家在MCFC方面進行了大量研究，德國GenCell公司開發并示范了 40?125kW的中等規模的MCFC示范電站,美國、歐洲、日本也示范了麗級的電站。
[0004]我國在MCFC方面的研究還處于初級階段，目前從事MCFC研究的單位主要有中國科學院大連化學物理研究所、中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司以及一些高等院校，但是對MCFC的性能診斷與指導方面尚無相關的論述與著作。在國際上對MCFC的性能診斷方法也比較多，如電池電化學阻抗測試分析、伏安特性分析等，但這些方法都是在電池運行起來之后來進行測試的，本發明中的方法可以提早預測電池的性能，對MCFC的基礎研究無論從成本控制還是技術指導都具有重要的現實意義。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種熔融碳酸鹽燃料電池的性能診斷方法，對電池試驗既有一個宏觀的指導，又可以節約電池試驗中的成本，對熔融碳酸鹽燃料電池的發電試驗研究具有重要的實用價值，可有效加快我國在MCFC方面的研
究進展。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是:
[0007]—種熔融碳酸鹽燃料電池的性能診斷方法，包括如下具體步驟:[0008](I)判斷熔融碳酸鹽燃料電池偏鋁酸鋰隔膜、碳酸鹽電解質及電極之間是否滿足下面的匹配關系:
【權利要求】
1.一種熔融碳酸鹽燃料電池的性能診斷方法，其特征在于，包括如下具體步驟: (1)判斷熔融碳酸鹽燃料電池偏鋁酸鋰隔膜、碳酸鹽電解質及電極之間是否滿足下面的匹配關系:
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，當熔融碳酸鹽燃料電池的陽極孔徑為3~7 μ m，孔隙率為60%~70%，陰極孔徑為7~10 μ m，孔隙率為70%~80%時，偏鋁酸鋰隔膜的孔徑在0.1~I μ m，孔隙率為50%~60%，MCFC的碳酸鹽電解質與偏鋁酸鋰隔膜固含量的質量比為0.9~1.5時才有可能使電池達到良好性能。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，所述電極孔徑由壓汞法進行測定，而隔膜
孔徑的獲取方式是:先通過公式
4.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述步驟(2)中漏氣量的測量方法是:給電壓一定的組裝壓力，使得電池陰極的尾氣排放量是進氣量的80%~95%，從而使得一定量的進氣從電池密封面出泄漏掉，該泄漏掉的進氣的量即為漏氣量；竄氣量的測量方法是:關閉陰極的進氣和陽極的尾氣排放閥門，測量陰極和陽極的尾氣排放量，二者之比即為竄氣量。
5.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述步驟(2)中漏氣量的測量方法是:給電壓一定的組裝壓力，使得電池陽極的尾氣排放量是進氣量的80 %~95 %，從而使得5 %~20%的進氣從電池密封面出泄漏掉，該泄漏掉的進氣的量即為漏氣量；竄氣量的測量方法是:關閉陽極的進氣和陰極的尾氣排放閥門，測量陰極和陽極的尾氣排放量，二者之比即為竄氣量。
【文檔編號】H01M8/04GK103647093SQ201310607111
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】許世森, 張瑞云, 程健, 徐越, 任永強 申請人:中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司