熔融碳酸鹽燃料電池的組成

熔融碳酸鹽燃料電池以熔融堿金屬碳酸鹽的混合物組成低共熔體系作電解質(zhì)，以氧化鎳為正極、鎳為負(fù)極的一種燃料電池。其燃料用氫和一氧化碳，氧化劑為空氣。

熔融碳酸鹽燃料電池的組成

熔融碳酸鹽燃料電池主要是由陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)基底和集流板或雙極板構(gòu)成。

1、陽(yáng)極

MCFC的陽(yáng)極催化劑最早采用銀和鉑，為降低成本，后來改用了導(dǎo)電性與電催化性能良好的鎳。但鎳被發(fā)現(xiàn)在MCFC的工作溫度與電池組裝力的作用下會(huì)發(fā)生燒結(jié)和蠕變現(xiàn)象，進(jìn)而MCFC采用了Ni-Cr或Ni-Al合金等作陽(yáng)極的電催化劑。加入2%~10%Cr的目的是防止燒結(jié)，但Ni-Cr陽(yáng)極易發(fā)生蠕變。另外，Cr還能被電解質(zhì)鋰化，并消耗碳酸鹽，Cr的含量減少會(huì)減少電解質(zhì)的損失，但蠕變將增大。相比之下，Ni-Al陽(yáng)極蠕變小，電解質(zhì)損失少，蠕變降低是由于合金中生成了。

2、陰極

熔融碳酸鹽燃料電池的陰極催化劑普遍采用氧化鎳。其典型的制備方法是將多孔鎳電極在電池升溫過程中就地氧化，而且部分被鋰化，形成非化學(xué)計(jì)量化合物，電極導(dǎo)電性極大提高。但是，這樣制備的NiO電極會(huì)產(chǎn)生膨脹，向外擠壓電池殼體，破壞殼體與電解質(zhì)基體之間的濕密封。改進(jìn)這一缺陷的方法有以下幾種：

（l）Ni電極先在電池外氧化，再到電池中摻Li;或氧化和摻Li都在電池外進(jìn)行；

（2）直接用NiO粉進(jìn)行燒結(jié)，在燒結(jié)前摻Li，或在電池中摻Li：

（3）在空氣中燒結(jié)金屬鎳粉，使燒結(jié)和氧化同時(shí)完成；

（4）在Ni電極中放置金屬絲網(wǎng)（或拉網(wǎng)）以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等等。

3、電解質(zhì)基底

電解質(zhì)基底是MCFC的重要組成部件，它的使用也是MCFC的特征之一。電解質(zhì)基底由載體和碳酸鹽構(gòu)成，其中電解質(zhì)被固定在載體內(nèi)?；准仁请x子導(dǎo)體，又是陰、陽(yáng)極隔板。它必須具備強(qiáng)度高，耐高溫熔鹽腐蝕，浸入熔鹽電解質(zhì)后能夠阻擋氣體通過，而又具有良好的離子導(dǎo)電性能。其塑性可用于電池的氣體密封，防止氣體外泄，即所謂“濕封”。當(dāng)電池的外殼為金屬時(shí)，濕封是唯一的氣體密封方法。

4、集流板（雙極板）

雙極板能夠分隔氧化劑和還原劑，并提供氣體的流動(dòng)通道，同時(shí)還起著集流導(dǎo)電的作用，因此也稱作集流板或隔離板。它一般采用不銹鋼（如SS316，SS310）制成。在電池工作環(huán)境中，陰極側(cè)的不銹鋼表面生成，其內(nèi)層又有氧化鉻，二者均起到鈍化膜的作用，減緩不銹鋼的腐蝕速度。SS310不銹鋼由于鉻鎳含量高于SS316，因而耐蝕性能更好。一般而言，陽(yáng)極側(cè)的腐蝕速度大于陰極側(cè)。雙極板腐蝕后的產(chǎn)物會(huì)導(dǎo)致79483MD增大，進(jìn)而引起電池的歐姆極化加劇。為減緩雙極板陽(yáng)極側(cè)的腐蝕速度，采取了在該側(cè)鍍鎳的措施。MCFC是靠浸入熔鹽的偏鋁酸埋隔膜密封，稱濕密封。為防止在濕密封處造成原電池腐蝕，雙極板的濕密封處通常采用鋁涂層進(jìn)行保護(hù)。在電池的_上作條件下，該涂層會(huì)生成致密的偏鋁酸鏗絕緣層。

5、電池整體結(jié)構(gòu)

熔融碳酸鹽燃料電池組均按壓濾機(jī)方式進(jìn)行組裝，在隔膜兩側(cè)分置陰極和陽(yáng)極，再置雙極板，周而復(fù)始進(jìn)行，最終由單電池堆積成電池堆。氧化氣體和燃料氣分別進(jìn)入各節(jié)電池孔道（稱氣體分布管），MCFC電池組的氣體分布管有兩種方式：內(nèi)氣體分布管和外氣體分布管。近年國(guó)外逐漸傾向采用內(nèi)分布管方式，并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。氧化與還原氣體在電池內(nèi)的相互流動(dòng)有并流、對(duì)流和錯(cuò)流三種方式，人部分熔融碳酸鹽燃料電池采用錯(cuò)流方式。