專利名稱：一種用于制造熔融碳酸鹽燃料電池隔膜材料的鋰酸鋁粉末的制備設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于燃料電池領(lǐng)域，尤其涉及一種用于熔融碳酸鹽燃料電池隔膜材料的鋰酸鋁粉末的制備設(shè)備。
鋰鋁氧是陶瓷體，用它制作電池隔膜，既使在制作中添加了一些增塑劑，但是其還是比較脆，熔融碳酸鹽燃料電池在600～700℃的高溫下工作中不可避免地要有停電、通電的交替變化，該隔膜材料在工作中的溫度變化較大，而現(xiàn)有技術(shù)中的鋰鋁氧的耐急冷急熱的性能較差，表現(xiàn)在隔膜經(jīng)常出現(xiàn)裂紋，甚至破裂，由此造成竄氣，致使電池毀壞，經(jīng)濟(jì)損失慘重。這一問題嚴(yán)重地影響到熔融碳酸鹽燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用。為了改善現(xiàn)有鋰鋁氧粉體的性質(zhì)，除了在原料的配方上進(jìn)行改進(jìn)和在制備方法上變化以外，其所使用的設(shè)備也有改進(jìn)的必要。在制備中間體α-Al2O3工藝要使各反應(yīng)物料成急細(xì)小的霧滴充分接觸上，現(xiàn)有技術(shù)中的噴霧裝置無(wú)法滿足該要求，另外，現(xiàn)有的攪拌裝置也不能適合于在反應(yīng)過程中和結(jié)晶中獲得細(xì)小結(jié)晶顆粒的需要。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，鋰酸鋁的制備方法大致如下A、制備微細(xì)的α-Al2O3球形顆粒a.制備濃度為0.5-2mol/L的Al2(SO4)3或Al(NO3)3或AlCl3水溶液；或上述三種鋁的化合物混合物的水溶液。
b.制備濃度為10-25％的NaOH或KOH水溶液；或上述兩種堿的混合物的水溶液。
c.制備濃度為15-20％的NH3·H2O或(NH4)2SO4水溶液；或上述兩種化合物混合物的水溶液。
d.將上述a、b、c三個(gè)步驟制得的水溶液同時(shí)以噴霧的方式注入到一個(gè)反應(yīng)器中；在噴霧的時(shí)候，較好的做法是其中堿液自上而下噴霧，其它液體則自下而上噴霧；通過NaOH或KOH水溶液來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)物的酸堿度，上述b步驟的水溶液的加入量應(yīng)使反應(yīng)物的PH值維持在10～13。
維持PH值穩(wěn)定的方法可以是用定量泵固定上述a步驟的鹽溶液和c步驟的NH3的加入速度，同時(shí)，根據(jù)PH測(cè)定儀微調(diào)b步驟制成的堿液的加入速度；微調(diào)堿液加入速度的方法可以有手動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié)兩種，在自動(dòng)調(diào)節(jié)中，通過在堿液泵上設(shè)有與PH測(cè)定儀電連接的現(xiàn)有技術(shù)中的調(diào)節(jié)閥裝置實(shí)現(xiàn)根據(jù)反應(yīng)液中PH值的波動(dòng)及時(shí)改變堿液加入量的步驟。
反應(yīng)過程中對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行攪拌，物料在反應(yīng)釜中平均停留時(shí)最好為3-6hr。
通過上述維持穩(wěn)定的PH、恒定的溫度、濃度、加料速度和噴霧的細(xì)度就可以制出α-Al2O3細(xì)微球形顆粒，且微球的表面上可以形成一些微孔，另外，所形成的微球顆粒的粒徑分布范圍窄，可限制在1-3微米之內(nèi)，這樣的α-Al2O3細(xì)微球形顆粒對(duì)制作鋰鋁氧粉體和在其中摻入金屬雜質(zhì)而提高用其作的熔融碳酸鹽燃料電池隔膜材料的優(yōu)良性能是有利的；B、制備鋰酸鋁(或鋰鋁氧)粉體a.取Li2CO3溶解于70～80℃的熱水中形成飽和溶液；將與制成所述飽和溶液的Li2CO3摩爾數(shù)同摩爾數(shù)的前面步驟A制得的α-Al2O3粉以及占Li2CO3和α-Al2O3重量總合的0.1～10％的單質(zhì)金屬Al或Li或Mg粉末或其中兩種或三種的混合物加入Li2CO3飽和溶液中，進(jìn)行攪拌、并用電熱或蒸汽蒸發(fā)濃縮至含H2O＜3％；b.熱合成將上述烘干的晶體在300～700℃進(jìn)行熱合成；升溫到500℃保持10～20小時(shí)；升溫到710-720℃保持10-150小時(shí)。
由此得到所需的摻雜的鋰鋁氧粉體。
與上述制備方法相對(duì)應(yīng)地，本實(shí)用新型提供的制備設(shè)備包括α-Al2O3細(xì)微球形顆粒制備設(shè)備和鋰酸鋁粉體制備設(shè)備，所述α-Al2O3細(xì)微球形顆粒制備設(shè)備可以包括有反應(yīng)釜、結(jié)晶釜，所述鋰酸鋁粉體制備設(shè)備可以包括反應(yīng)釜和熱合成器。
制備上述α-Al2O3在所述反應(yīng)釜中進(jìn)行，該反應(yīng)器內(nèi)的最好是軸線上設(shè)有攪拌軸，在所述攪拌軸上設(shè)置有多層，一般是2-3層攪拌葉片其上部設(shè)有槳式攪拌器，其中攪拌槳的攪拌葉的葉面在水平面成45°角傾斜，可以由兩個(gè)攪拌槳組成一個(gè)所述槳式攪拌器，其中攪拌槳的外端可以上翹15°設(shè)置；在底部設(shè)有曲線式攪拌葉，該曲線可以是圓弧面槳葉，所述攪拌葉的徑向?qū)挾茸詈檬窃摲磻?yīng)器罐體半徑的30～60％；在反應(yīng)器罐體內(nèi)的攪拌葉之外還可設(shè)有擋板或?qū)Я魍病Ｍㄟ^上述結(jié)構(gòu)使反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)物處于紊流狀態(tài)，以提高各物料之間的接觸機(jī)率，使反應(yīng)更加充分快速。在該反應(yīng)器中設(shè)置在上部設(shè)所述堿液噴霧的噴頭，在該反應(yīng)器的下部設(shè)有所述其它反應(yīng)液的噴霧噴頭，該噴頭的結(jié)構(gòu)最好的這樣的其噴嘴與垂直面夾有一個(gè)角度的傾斜設(shè)置，即，所述噴嘴既不是豎直向上也不是豎直向下的，而是傾斜一個(gè)角度，這樣噴出的各反應(yīng)物彼此由一個(gè)較大的接觸面，可以使其充分接觸。該角度可以5～30度。為了保證制出細(xì)小的α-Al2O3球形顆粒，使物料在反應(yīng)釜中平均停留時(shí)3-6小時(shí)，可以在反應(yīng)釜的后面設(shè)有若干個(gè)相互串聯(lián)的結(jié)晶釜，而所述的結(jié)晶釜的大小是前面的較大而后面的較小，前面較大的結(jié)晶釜有利于多形核，而后面較小的結(jié)晶釜又可以有效地限制形成的晶核的長(zhǎng)大。在結(jié)晶器內(nèi)也設(shè)有攪拌器，其攪拌器也可以是如反應(yīng)釜中所設(shè)的一樣的攪拌器。所述鋰酸鋁粉體制備設(shè)備中的反應(yīng)釜可以是一個(gè)夾套式容器，在夾套中通加熱蒸汽，或是設(shè)有電加熱裝置的容器，通過控制電加熱裝置為該容器提供反應(yīng)所需要的熱量，熱合成器即可是現(xiàn)有技術(shù)中的臥式多段定時(shí)控溫連續(xù)推舟爐。
本實(shí)用新型提供的鋰酸鋁粉末的制造設(shè)備，為制出可以使其耐急冷急熱的性能提高，減少其開裂等問題的出現(xiàn)，提高用這種原料制作的熔融碳酸鹽燃料電池隔膜的使用穩(wěn)定性和商業(yè)化應(yīng)用提供了保證。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。


圖1為本實(shí)用新型提供的反應(yīng)裝置流程示意圖圖2為反應(yīng)釜中的攪拌器的結(jié)構(gòu)示意圖圖3為曲線攪拌器的結(jié)構(gòu)示意圖圖4為反應(yīng)釜中的噴霧裝置中的噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖圖5為圖4所示的噴嘴中的液體分配器的結(jié)構(gòu)示意圖圖6為圖5所示的分配器的俯視結(jié)構(gòu)示意圖制備上述α-Al2O3在反應(yīng)釜1中進(jìn)行，該反應(yīng)器的軸線上設(shè)有攪拌軸11，如圖2所示，在攪拌軸上設(shè)置有三層攪拌葉片其上部?jī)蓪釉O(shè)有槳式攪拌器111和112，其中槳式攪拌槳111和112的攪拌葉的葉面在水平面成45°角傾斜，其中攪拌槳的外端上翹15°設(shè)置；在底部設(shè)有曲線式攪拌葉113，如圖3所示，該曲線是圓弧面槳葉，所述攪拌葉的徑向?qū)挾萢是該反應(yīng)器罐體半徑的30～60％；在反應(yīng)器罐體內(nèi)的攪拌葉之外還可設(shè)有擋板或?qū)Я魍病?br> 如圖4、5、6所示，在該反應(yīng)器中的上部設(shè)堿液噴霧的噴頭12，其與堿液儲(chǔ)罐通過管道連接，在該管道上設(shè)有定量泵，在該反應(yīng)器的下部設(shè)有所述鹽溶液的噴霧噴頭13和NH3·H2O或(NH4)2SO4水溶液的噴霧噴頭14，其分別與相應(yīng)的儲(chǔ)罐通過管道連接，在該管道上設(shè)有定量泵。噴頭12、13、14的結(jié)構(gòu)是一樣的，現(xiàn)以噴頭12為例敘述其結(jié)構(gòu)其噴嘴12與垂直面夾有一個(gè)角度的傾斜設(shè)置，該角度可以是5～30度。噴頭包括噴嘴體121，其具有進(jìn)液口1211和出液口1212，進(jìn)液口1211和出液口1212之間連接有液道1213，在該液道1213上設(shè)有一個(gè)凸緣，其上固設(shè)一分液器1214，其是一盤狀物，在其圓周上設(shè)有切向通道1214a，在分液器下部的液道為漸細(xì)的通道。通過這樣的噴嘴，液體可以以極細(xì)的霧滴噴出。
如
圖1所示，在反應(yīng)釜1的后面串聯(lián)有兩個(gè)結(jié)晶釜2、3，反應(yīng)釜1的直徑為450毫米，結(jié)晶釜2的直徑為380毫米，結(jié)晶釜3的直徑為320毫米。
在反應(yīng)釜和結(jié)晶釜中均設(shè)有攪拌軸11，但其上各攪拌葉的徑向長(zhǎng)度a、曲線攪拌葉113的寬度b和厚度c列于表1(單位為毫米)。

所述鋰酸鋁粉體制備設(shè)備中的反應(yīng)釜4是一個(gè)夾套式容器，在夾套中通加熱蒸汽，熱合成器5即可是現(xiàn)有技術(shù)中的臥式多段定時(shí)控溫連續(xù)推舟爐。
權(quán)利要求1.一種用于制造熔融碳酸鹽燃料電池隔膜材料的鋰酸鋁粉末的制備設(shè)備，其特征在于其包括α-Al2O3細(xì)微球形顆粒制備設(shè)備和鋰酸鋁粉體制備設(shè)備，所述α-Al2O3細(xì)微球形顆粒制備設(shè)備包括有反應(yīng)釜、結(jié)晶釜，鋰酸鋁粉體制備設(shè)備包括反應(yīng)釜和熱合成器；所述反應(yīng)器和結(jié)晶器中設(shè)有攪拌軸，在所述攪拌軸上設(shè)置有至少兩層攪拌葉片；在該反應(yīng)釜中在上部設(shè)噴霧的噴頭，在該反應(yīng)器的下部設(shè)有也設(shè)有噴霧噴頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于在所述攪拌軸上設(shè)置有2-3層攪拌葉片；所述攪拌軸的上部設(shè)有槳式攪拌器，在所述攪拌軸的底部設(shè)有曲線式攪拌葉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述槳式攪拌器的攪拌槳的攪拌葉的葉面在水平面成45°角傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，其特征在于所述攪拌器的攪拌槳的外端上翹15°設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述槳式攪拌器由兩層攪拌槳組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述曲線式攪拌葉是圓弧面槳葉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于所述攪拌葉的徑向?qū)挾仁窃摲磻?yīng)器或結(jié)晶器罐體半徑的30～60％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于該噴頭的結(jié)構(gòu)是這樣的其噴嘴與垂直面夾有一個(gè)角度的傾斜設(shè)置，該角度是5～30度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的設(shè)備，其特征在于所述噴頭包括噴嘴體，其具有進(jìn)液口和出液口，進(jìn)液口和出液口之間連接有液道，在該液道上設(shè)有一個(gè)凸緣，其上固設(shè)一分液器，其是一盤狀物，在其圓周上設(shè)有切向通道，在分液器下部的液道為漸細(xì)的通道。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于在所述反應(yīng)釜的后面設(shè)有若干個(gè)相互串聯(lián)的結(jié)晶釜，而所述的結(jié)晶釜的容積大小是前面的較大而后面的較小。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于制造熔融碳酸鹽燃料電池隔膜材料的鋰酸鋁粉末的制備設(shè)備，其包括α－Al
文檔編號(hào)C01D15/00GK2525683SQ0220555
公開日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2002年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月6日
發(fā)明者聶祚仁, 郭學(xué)益, 呂廣宏, 許開華 申請(qǐng)人:深圳市格林美環(huán)境材料有限公司