專利名稱：流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法及裝置，屬于燃料 電池領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)今全球能源緊張、油價(jià)高漲，尋找新能源作為化石燃料的替代品已是刻不容緩。 燃料電池是繼水力、火力和原子能發(fā)電后的第四代發(fā)電技術(shù)，也是目前唯一同時(shí)兼具無污 染、高效率、適用廣、無噪聲和可連續(xù)工作的動(dòng)力裝置，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的高 效清潔發(fā)電技術(shù)。傳統(tǒng)的能源利用中，能源轉(zhuǎn)換方式如下化學(xué)能一熱能一機(jī)械能一電能， 受到卡諾循環(huán)及能源之間轉(zhuǎn)換效率的限制，實(shí)際的發(fā)電效率只有30%，同時(shí)產(chǎn)生大量的廢 水、廢氣和噪聲污染。燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，具有較高的能量轉(zhuǎn)化效 率；有害氣體SOx、NOx及噪音排放都很低；燃料適用范圍廣；規(guī)模及安裝地點(diǎn)靈活，燃料電 池電站占地面積小，建設(shè)周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝，十分方便；負(fù)荷響應(yīng) 快，運(yùn)行質(zhì)量高。熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)是目前比較接近實(shí)用的一種高溫燃料電池，具有以 下優(yōu)點(diǎn)排放尾氣能量品位高；能量轉(zhuǎn)換效率高；催化劑價(jià)格相對(duì)較為便宜等，這都?xì)w功于 其較高的運(yùn)行溫度。在MCFC中，由于氣體的溶解性及傳質(zhì)系數(shù)較低，通常認(rèn)為陰陽極電化 學(xué)反應(yīng)是在氣、液、固三相表面發(fā)生的，為了得到較高的電流密度，氣體擴(kuò)散電極厚度要薄、 呈多孔狀且具有大比表面積，為此陰、陽極一般采用多孔燒結(jié)鎳板。這種結(jié)構(gòu)增加了電極板 的制造難度和加工成本，并且由于MCFC中使用的是陰極、隔膜、陽極三合一板，因此電極板 的更換也比較困難。流化床電極是一種新型三維電極，出現(xiàn)于上世紀(jì)60年代末，由于床層顆粒的劇烈 擾動(dòng)使得電解液濃度趨于均勻，顆粒表面的傳質(zhì)膜厚度得到明顯降低，因而具有巨大的電 極活化面積和很高的傳質(zhì)速率。直接碳燃料電池(DCFC)是一種特殊的高溫燃料電池，它直 接使用固體作為燃料，不需要進(jìn)行氣化，其理論效率接近100% ；陽極產(chǎn)物主要成分是C02， 可以直接加以利用或者處理，大大降低了溫室效應(yīng)氣體的排放；燃料的來源廣、能量密度 高、運(yùn)輸及存儲(chǔ)方便。按所用電解質(zhì)的不同，DCFC可分為熔融碳酸鹽電解質(zhì)DCFC，熔融氫氧化物電解質(zhì) DCFC和固體氧化物電解質(zhì)DCFC三種。1896年，Jacques等人使用熔融氫氧化物電解質(zhì)成功 研制了世界上第一個(gè)DCFC ;1995年，美國科學(xué)應(yīng)用與研究協(xié)會(huì)(Scientific Applications & Research Associates)開始研究氫氧化物電解質(zhì)DCFC，目前已經(jīng)開發(fā)出第四代燃料電池 裝置；西弗吉尼亞大學(xué)的G. A. Hackett等人測(cè)試了燃料種類對(duì)熔融氫氧化物DCFC性能的影 響；中國華北電力大學(xué)的陳鴻偉設(shè)計(jì)了不同結(jié)構(gòu)的熔融氫氧化物DCFC，并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān) 的研究。Weaver首次以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，研制了工作溫度750°C的DCFC，并測(cè)試了一系 列碳材料的電化學(xué)氧化活性，指出高比表面積、低結(jié)晶度有利于反應(yīng)活性的提高；美國勞倫 斯利物莫國家實(shí)驗(yàn)室 (Lawrence Livermore National Laboratory)的 J. F. Cooper 等人設(shè)計(jì)出了一種具有一定傾斜角度的DCFC，泡沫狀鎳為陰極，氧化鋯微孔材料為隔膜，測(cè)試了多 種工況對(duì)電池性能的影響。Gur和Huggins研制出以氧化鋯為固體電解質(zhì)的DCFC，操作溫 度為725 955°C。SRIInternational的Balachov等人致力于固體氧化物DCFC的研究， 研制出一種很獨(dú)特的U型管燃料電池；CellTech Power的Thomas Tao設(shè)計(jì)出一種外表類 似于傳統(tǒng)干電池的固體氧化物DCFC。日本東京大學(xué)的Y. Matsuno等人將流化床電極分別應(yīng)用到MCFC陽極和堿性燃料 電池(AFC)陰極，研究了不同實(shí)驗(yàn)工況下陽極半電池和陰極半電池的極化規(guī)律；SiwenLi等 人將流化床電極應(yīng)用到固體氧化物電解質(zhì)DCFC中，設(shè)計(jì)了兩種不同類型的燃料電池結(jié)構(gòu)， 并進(jìn)行了相關(guān)的性能測(cè)試研究。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題為了綜合利用熔融碳酸鹽燃料電池、直接碳燃料電池及流化床電極的 優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提供一種流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法及裝置。技術(shù)方案本發(fā)明的流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法為首先將集 流器、炭燃料和催化劑顆?；旌衔镏糜诎腚姵貎?nèi)，再將多孔板固定在預(yù)設(shè)位置后依次放入 輔助電極、參比電極和碳酸鹽，然后往半電池內(nèi)通入氮?dú)獠?duì)其進(jìn)行加熱，達(dá)到預(yù)設(shè)反應(yīng)溫 度后調(diào)整氮?dú)饬髁坎⑼鶇⒈入姌O內(nèi)通入氧氣、二氧化碳平衡氣體，最后連接外電路開始相 關(guān)極化曲線的測(cè)試。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法的測(cè)試裝置為該裝 置具有可旋轉(zhuǎn)式支架結(jié)構(gòu)、電加熱系統(tǒng)及半電池反應(yīng)裝置；電加熱系統(tǒng)及半電池反應(yīng)裝置 的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分位于可旋轉(zhuǎn)式支架結(jié)構(gòu)內(nèi)。所述可旋轉(zhuǎn)式支架結(jié)構(gòu)包括降低裝置重心的底板，固定在底板上的支撐架、絲桿， 支撐板由調(diào)整其高度的下螺母、上螺母固定在絲桿上，軸的一端焊接在電加熱爐上，另一端 由軸承軸殼固定在支撐架上；所述電加熱系統(tǒng)由上下兩套電加熱裝置、保溫棉及鉸鏈構(gòu)成，其中上套電加熱裝 置包括位于上殼體外部的電加熱爐、采集反應(yīng)器內(nèi)部溫度的熱電偶及控制電加熱爐升溫程 序的溫控裝置，下套電加熱裝置包括位于下殼體外部的電加熱爐、采集預(yù)熱器內(nèi)部溫度的 熱電偶及控制電加熱爐升溫程序的溫控裝置；所述半電池裝置包括反應(yīng)器和氣體預(yù)熱器，所述反應(yīng)器包括位于上殼體內(nèi)部的內(nèi) 襯陶瓷管、位于上殼體上部的不銹鋼蓋板、位于上殼體中的輔助電極和多孔板、位于上殼體 下部的參比電極、工作電極及集流器；所述的氣體預(yù)熱器包括連接在下殼體下部的三通、與 三通相接的進(jìn)氣管、設(shè)置在下殼體與上殼體之間的布風(fēng)板和密封墊片。所述反應(yīng)器的上殼體內(nèi)填充所述陶瓷管，用于實(shí)現(xiàn)電極與殼體的絕緣；所述上殼 體為高溫耐腐蝕殼體，材質(zhì)為316L不銹鋼或304不銹鋼。所述輔助電極為方型金屬鎳板，電極導(dǎo)線為外有陶瓷管保護(hù)的鎳絲。所述參比電極為一個(gè)剛玉管組件，內(nèi)有熔融碳酸鹽、氧氣/ 二氧化碳平衡氣體及 一根金絲；所述剛玉管組件包含有一底部開有1 1. 5mm小孔的長剛玉管和一底部封頭的 短剛玉管，所述短剛玉管粘接在所述長剛玉管外，其粘接處留有3 5個(gè)小孔實(shí)現(xiàn)管內(nèi)外碳 酸根離子交換，其孔徑為1 1. 5mm。
所述集流器為散熱器型金屬鎳板，電極導(dǎo)線為外有陶瓷管保護(hù)的鎳絲。所述工作電極為鎳顆?；蛘哝嚭辖痤w粒，其粒徑為60 200微米。所述布風(fēng)板中心為316L不銹鋼粉末燒結(jié)過濾板，其過濾精度為200 840目，周 圍為316L不銹鋼。所述密封墊片為耐高溫絕緣墊片，如云母墊片、陶瓷纖維墊片。有益效果本發(fā)明所述的研究方法是基于高溫燃料電池提出的，因此其能量轉(zhuǎn)換 效率高，排放尾氣能量品位高；反應(yīng)溫度高，燃料的活性增強(qiáng)，可使用鎳或鎳基催化劑代替 貴金屬催化劑，降低了成本；熔融碳酸鹽電解質(zhì)高溫下的離子電導(dǎo)率較高，同時(shí)避免了熔融 氫氧化物電解質(zhì)與陽極產(chǎn)物co2反應(yīng)引起的電解質(zhì)損耗。使用固體碳作為燃料，本發(fā)明可 用來源廣泛、價(jià)格便宜的常規(guī)燃料代替價(jià)格昂貴、存儲(chǔ)運(yùn)輸難、安全系數(shù)低的氣體燃料；在 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，反應(yīng)的熵變(AS)接近零，因此，其理論效率接近100%;電池結(jié)構(gòu)簡單。用流 化床電極代替MCFC中平板型多孔氣體擴(kuò)散電極，可以增加半電池內(nèi)的傳熱傳質(zhì)，降低邊界 層的擴(kuò)散阻力，同時(shí)方便電極的更換。本發(fā)明裝置中所述氣體預(yù)熱器可以保證陽極氣體進(jìn)入反應(yīng)區(qū)域時(shí)的溫度達(dá)到預(yù) 設(shè)反應(yīng)溫度，所述布風(fēng)板可以滿足0)2均勻地進(jìn)入陽極的要求，所述參比電極在指示電位 的同時(shí)也起到了隔膜板的作用，即實(shí)現(xiàn)陽極和參比電極內(nèi)ccf交換的同時(shí)杜絕了氣體的互 竄，所述的可旋轉(zhuǎn)式支架結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后熔融碳酸鹽的及時(shí)傾倒。


圖1是本發(fā)明流化床電極直接碳燃料電池半電池實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；圖2是集流器示意圖；其中有a.散熱器型鎳板 b.鎳絲 c.陶瓷管。圖3是輔助電極示意圖；其中有①.方型鎳板②.鎳絲③.陶瓷管。圖4是參比電極示意圖；其中有A.金絲，B.進(jìn)氣管，C.內(nèi)套管，D.液面液面，E.外 套管，F(xiàn).高溫?zé)o機(jī)膠粘接，G. 1mm小孔。圖5是布風(fēng)板示意圖；圖6是實(shí)施例1極化曲線圖；圖7是實(shí)施例2極化曲線圖；圖8是實(shí)施例3極化曲線圖；圖9是實(shí)施例4極化曲線圖；
圖10是實(shí)施例5極化曲線圖；圖11是實(shí)施例6極化曲線圖。
具體實(shí)施例方式首先將集流器、炭燃料和催化劑顆?；旌衔镏糜诎腚姵貎?nèi)，其次將多孔板固定在 預(yù)設(shè)位置后依次放入輔助電極、參比電極和碳酸鹽，然后往半電池內(nèi)通入氮?dú)獠?duì)其進(jìn)行 加熱，達(dá)到預(yù)設(shè)反應(yīng)溫度后調(diào)整氮?dú)饬髁坎⑼鶇⒈入姌O內(nèi)通入氧氣、二氧化碳平衡氣體，最 后連接外電路開始相關(guān)極化曲線的測(cè)試。所述的半電池的極化曲線為穩(wěn)態(tài)極化曲線，即通過恒電位極化來監(jiān)測(cè)某一恒定電 位下電流隨時(shí)間的變化關(guān)系，從而確定該電位對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)電流，對(duì)這一系列電位電流進(jìn)行
6作圖，得到某工況下半電池的極化曲線。反應(yīng)器內(nèi)的工作電極、輔助電極和參比電極導(dǎo)線與 電化學(xué)工作站通過電極線纜對(duì)接，工作站通過USB與PC機(jī)進(jìn)行通訊，測(cè)試前工作站要預(yù)熱 5 20分鐘。實(shí)現(xiàn)上述測(cè)試方法的裝置，具有可旋轉(zhuǎn)式支架結(jié)構(gòu)，電加熱系統(tǒng)及半電池反應(yīng)裝 置。所述可旋轉(zhuǎn)式支架結(jié)構(gòu)，包括支撐板、支撐架、軸、固定在所述支撐架上的軸承軸殼、絲 桿、用于調(diào)整所述支撐板高度的螺母、用來固定所述支撐板的螺母及降低裝置重心的底板; 所述電加熱系統(tǒng)由上下兩套電加熱裝置、保溫棉及鉸鏈構(gòu)成，其中所述上套電加熱裝置由 加熱反應(yīng)器的電加熱爐、采集反應(yīng)器內(nèi)部溫度的熱電偶及溫控裝置組成，所述下套電加熱 裝置由加熱氣體預(yù)熱器的電加熱爐、采集預(yù)熱器內(nèi)部溫度的熱電偶及溫控裝置構(gòu)成；所述 半電池裝置包括反應(yīng)器和氣體預(yù)熱器，所述反應(yīng)器組成部分為高溫耐腐蝕殼體、內(nèi)襯陶瓷 管、不銹鋼蓋板、輔助電極、參比電極、工作電極、集流器及多孔板，所述的氣體預(yù)熱器由耐 高溫殼體、三通、進(jìn)氣管、布風(fēng)板和絕緣密封墊片組成。所述反應(yīng)器的上殼體內(nèi)填充所述陶瓷管，用于實(shí)現(xiàn)電極與殼體的絕緣；所述上殼 體為高溫耐腐蝕殼體，材質(zhì)為316L不銹鋼或304不銹鋼。所述輔助電極為方型金屬鎳板，電極導(dǎo)線為外有陶瓷管保護(hù)的鎳絲。所述參比電極為一個(gè)剛玉管組件，內(nèi)有熔融碳酸鹽、氧氣/ 二氧化碳平衡氣體及 一根金絲；所述剛玉管組件包含有一底部開有1 1. 5mm小孔的長剛玉管和一底部封頭的 短剛玉管，所述短剛玉管粘接在所述長剛玉管外，其粘接處留有3 5個(gè)小孔實(shí)現(xiàn)管內(nèi)外碳 酸根離子交換，其孔徑為1 1. 5mm。所述集流器為散熱器型金屬鎳板，電極導(dǎo)線為外有陶瓷管保護(hù)的鎳絲。所述工作電極為鎳顆粒或者鎳合金顆粒，其粒徑為60 200微米。所述于布風(fēng)板中心為316L不銹鋼粉末燒結(jié)過濾板，其過濾精度為200 840目， 周圍為316L不銹鋼。所述密封墊片為耐高溫絕緣墊片，如云母墊片、陶瓷纖維墊片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的基本原理與DCFC —致陽極反應(yīng)C+ 2C01- = 3C02 + 4e_陰極反應(yīng)02+ 2C02 + 4e~ = 2CO]~總反應(yīng)C+02= C02為了更好的說明本發(fā)明的效果，列舉如下實(shí)施例。實(shí)施例1首先將集流器放置在半電池底部，其次加入自制竹質(zhì)活性炭(粒徑0. 5mm)和30g 鎳顆粒(80 160目)混合物于半電池內(nèi)，然后將多孔板固定在布風(fēng)板上10cm處防止活性 炭懸浮在熔融碳酸鹽上部而無法與鎳顆粒接觸，之后依次放入輔助電極、參比電極和碳酸 鹽，再蓋上蓋板開始升溫(升溫速率為10K min_1)，升溫過程通入的N2流量為60mL min_1， 升至預(yù)設(shè)溫度923K，調(diào)節(jié)02、C02及N2的流量分別為10、20、275mL mirT1，連接好外電路測(cè) 試半電池極化曲線，見圖6。實(shí)施例2首先將集流器放置在半電池底部，其次加入活性炭纖維(粒徑0.5mm)和30g鎳顆
7粒(80 160目)混合物于半電池內(nèi)，然后將多孔板固定在布風(fēng)板上10cm處防止活性炭懸 浮在熔融碳酸鹽上部而無法與鎳顆粒接觸，之后依次放入輔助電極、參比電極和碳酸鹽，再 蓋上蓋板開始升溫(升溫速率為10K mirT1)，升溫過程通入的N2流量為60mL mirT1，升至 預(yù)設(shè)923K，調(diào)節(jié)02、C02及N2的流量分別為10、20、275mL mirT1，連接好外電路測(cè)試半電池 極化曲線，見圖7。實(shí)施例3首先將集流器放置在半電池底部，其次加入自制竹質(zhì)活性炭(粒徑0. 5mm)和15g 鎳顆粒(80 160目)混合物于半電池內(nèi)，然后將多孔板固定在布風(fēng)板上10cm處防止活性 炭懸浮在熔融碳酸鹽上部而無法與鎳顆粒接觸，之后依次放入輔助電極、參比電極和碳酸 鹽，再蓋上蓋板開始升溫(升溫速率為10K mirT1)，升溫過程通入的N2流量為60mL min_1， 升至預(yù)923K，調(diào)節(jié)02、C02及N2的流量分別為10、20、275mL mirT1，連接好外電路測(cè)試半電 池極化曲線，見圖8。實(shí)施例4首先將集流器放置在半電池底部，其次加入自制竹質(zhì)活性炭(粒徑0. 5mm)和30g 鎳顆粒(80 160目)混合物于半電池內(nèi)，然后將多孔板固定在布風(fēng)板上10cm處防止活性 炭懸浮在熔融碳酸鹽上部而無法與鎳顆粒接觸，之后依次放入輔助電極、參比電極和碳酸 鹽，再蓋上蓋板開始升溫(升溫速率為10K mirT1)，升溫過程通入的N2流量為60mL min_1， 升至預(yù)設(shè)873K，調(diào)節(jié)02、C02及N2的流量分別為10、20、275mL mirT1，連接好外電路測(cè)試半 電池極化曲線，見圖9。實(shí)施例5首先將集流器放置在半電池底部，其次加入自制竹質(zhì)活性炭(粒徑0. 5mm)和30g 鎳顆粒(80 160目)混合物于半電池內(nèi)，然后將多孔板固定在布風(fēng)板上10cm處防止活性 炭懸浮在熔融碳酸鹽上部而無法與鎳顆粒接觸，之后依次放入輔助電極、參比電極和碳酸 鹽，再蓋上蓋板開始升溫(升溫速率為10K mirT1)，升溫過程通入的N2流量為60mL min_1， 升至預(yù)設(shè)923K，調(diào)節(jié)02、C02及N2的流量分別為5、10、275mL min_1，連接好外電路測(cè)試半電 池極化曲線，見圖10。實(shí)施例6首先將集流器放置在半電池底部，其次加入自制竹質(zhì)活性炭(粒徑0. 5mm)和30g 鎳顆粒(80 160目)混合物于半電池內(nèi)，然后將多孔板固定在布風(fēng)板上10cm處防止活性 炭懸浮在熔融碳酸鹽上部而無法與鎳顆粒接觸，之后依次放入輔助電極、參比電極和碳酸 鹽，再蓋上蓋板開始升溫(升溫速率為10K mirT1)，升溫過程通入的N2流量為60mL min_1， 升至預(yù)設(shè)923K，調(diào)節(jié)02、C02及N2的流量分別為10、20、75mL min_1，連接好外電路測(cè)試半電 池極化曲線，見圖11。
權(quán)利要求
1.一種流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法，其特征在于首先將集流器、 炭燃料和催化劑顆?；旌衔镏糜诎腚姵貎?nèi)，再將多孔板固定在預(yù)設(shè)位置后依次放入輔助電 極、參比電極和碳酸鹽，然后往半電池內(nèi)通入氮?dú)獠?duì)其進(jìn)行加熱，達(dá)到預(yù)設(shè)反應(yīng)溫度后調(diào) 整氮?dú)饬髁坎⑼鶇⒈入姌O內(nèi)通入氧氣、二氧化碳平衡氣體，最后連接外電路開始相關(guān)極化 曲線的測(cè)試。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法的測(cè)試 裝置，其特征在于該裝置具有可旋轉(zhuǎn)式支架結(jié)構(gòu)、電加熱系統(tǒng)及半電池反應(yīng)裝置；電加熱系 統(tǒng)及半電池反應(yīng)裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分位于可旋轉(zhuǎn)式支架結(jié)構(gòu)內(nèi)。所述可旋轉(zhuǎn)式支架結(jié)構(gòu)包括降低裝置重心的底板(1-8)，固定在底板(1-8)上的支撐 架(1-3)、絲桿(1-7)，支撐板(1-4)由調(diào)整其高度的下螺母(1-5)、上螺母(1-6)固定在絲 桿(1-7)上，軸(1-1)的一端焊接在電加熱爐(2-1)上，另一端由軸承軸殼(1-2)固定在支 撐架(1-3)上；所述電加熱系統(tǒng)由上下兩套電加熱裝置、保溫棉(2-7)及鉸鏈(2-8)構(gòu)成，其中上套 電加熱裝置包括位于反應(yīng)器(3-1)外部的電加熱爐(2-1)、采集反應(yīng)器內(nèi)部溫度的熱電偶 (2-2)及控制電加熱爐(2-1)升溫程序的溫控裝置(2-3)，下套電加熱裝置包括位于氣體預(yù) 熱器(3-2)外部的電加熱爐(2-4)、采集預(yù)熱器內(nèi)部溫度的熱電偶(2-5)及控制電加熱爐 (2-4)升溫程序的溫控裝置(2-6)；所述半電池裝置包括反應(yīng)器(3-1)和氣體預(yù)熱器(3-2)，所述反應(yīng)器(3-1)包括上殼 體(3-1-1)、位于上殼體(3-1-1)內(nèi)部的內(nèi)襯陶瓷管(3-1-2)、位于上殼體(3-1-1)上部的 不銹鋼蓋板(3-1-3)，位于上殼體(3-1-1)中部的輔助電極(3-1-4)和多孔板(3-1-8)，位 于上殼體(3-1-1)下部的參比電極(3-1-5)、工作電極(3-1-6)及集流器(3-1-7)；所述的 氣體預(yù)熱器(3-2)包括連接在下殼體(3-2-1)下部的三通(3-2-2)、與三通(3_2_2)相接的 進(jìn)氣管(3-2-3)、設(shè)置在下殼體(3-2-1)與上殼體(3-1-1)之間的布風(fēng)板(3-2-4)和密封墊 片(3-2-5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法的測(cè)試裝置， 其特征在于所述反應(yīng)器的上殼體(3-1-1)內(nèi)填充所述陶瓷管(3-1-2)，用于實(shí)現(xiàn)電極與殼 體的絕緣；所述上殼體(3-1-1)為高溫耐腐蝕殼體，材質(zhì)為316L不銹鋼或304不銹鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法的測(cè)試裝置， 其特征在于所述輔助電極(3-1-4)為方型金屬鎳板，電極導(dǎo)線為外有陶瓷管保護(hù)的鎳絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法的測(cè)試裝置， 其特征在于所述參比電極(3-1-5)為一個(gè)剛玉管組件，內(nèi)有熔融碳酸鹽、氧氣/ 二氧化碳平 衡氣體及一根金絲；所述剛玉管組件包含有一底部開有1 1. 5mm小孔的長剛玉管和一底 部封頭的短剛玉管，所述短剛玉管粘接在所述長剛玉管外，其粘接處留有3 5個(gè)小孔實(shí)現(xiàn) 管內(nèi)外碳酸根離子交換，其孔徑為1 1. 5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法的測(cè)試裝置， 其特征在于所述集流器(3-1-7)為散熱器型金屬鎳板，電極導(dǎo)線為外有陶瓷管保護(hù)的鎳 絲。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法的測(cè)試裝置， 其特征在于所述工作電極(3-1-6)為鎳顆?；蛘哝嚭辖痤w粒，其粒徑為60 200微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法的測(cè)試裝置， 其特征在于所述布風(fēng)板(3-2-4)中心為316L不銹鋼粉末燒結(jié)過濾板，其過濾精度為200 840目，周圍為316L不銹鋼。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法的測(cè)試裝置， 其特征在于所述密封墊片(3-2-5)為耐高溫絕緣墊片，如云母墊片、陶瓷纖維墊片。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種流化床電極直接碳燃料電池半電池的測(cè)試方法及裝置，其方法為首先將集流器、炭燃料和催化劑顆粒混合物置于半電池內(nèi)，其次將多孔板固定在預(yù)設(shè)位置后依次放入輔助電極、參比電極和碳酸鹽，然后往半電池內(nèi)通入氮?dú)獠?duì)其進(jìn)行加熱，達(dá)到預(yù)設(shè)反應(yīng)溫度后調(diào)整氮?dú)饬髁坎⑼鶇⒈入姌O內(nèi)通入氧氣、二氧化碳平衡氣體，最后連接外電路開始實(shí)驗(yàn)。用于實(shí)現(xiàn)此測(cè)試方法的裝置為半電池反應(yīng)裝置，由一個(gè)半電池反應(yīng)器和一個(gè)氣體預(yù)熱器構(gòu)成，各有一套電加熱裝置對(duì)其進(jìn)行溫度控制，一個(gè)可旋轉(zhuǎn)式支架結(jié)構(gòu)用來支撐、固定半電池反應(yīng)裝置和電加熱裝置以及實(shí)現(xiàn)半電池內(nèi)熔融碳酸鹽的傾倒。本發(fā)明充分利用了流化床電極和直接碳燃料電池的優(yōu)點(diǎn)，可以提高電池的性能。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102004225SQ20101028747
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者仲兆平, 張居兵 申請(qǐng)人:東南大學(xué)