一種發動機尾氣凈化裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種發動機尾氣凈化裝置。
【背景技術】
[0002]汽車尾氣的主要污染物有一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HCs)、氮氧化合物(NOx)及懸浮顆粒等。目前最常用的尾氣催化技術是采用Pt-Pd-Rh三元催化體系，其中，Pt和Pd對CO的催化氧化起主要作用，而Rh對NO的解離有很好的活化作用。
[0003]然而，由于Pt、Pd、Rh均是稀缺型的貴金屬，儲量少，價格昂貴，所以目前三效催化劑的研宄趨勢之一是采用相對低廉的Pd取代Pt、Rh部分，添加稀土助劑改善催化性能，另一方面，采用賤金屬、稀土氧化物等材料取代貴金屬制備三效催化劑也被廣泛研宄，也取得了一定的進展。
[0004]現有技術中，為了提高燃油效率，廣泛采用稀薄燃燒技術，在此背景下，三效催化劑只能在較窄的空燃比窗口范圍內(A/F為14.6左右)才能同時對氮氧化物、一氧化碳和碳氫化物進行有效的催化凈化，因此，以目前的三效催化劑來看，大規模應用受到很大限制，在這一背景下，除了繼續對三效催化劑進行改進外，人們還開發出了能夠對氮氧化物進行選擇性還原的處理技術。
[0005]采用電化學催化反應器(electrochemical-catalytic cell, ECC)可以有效的催化轉化碳氫化合物和較高濃度的氮氧化物。采用具有氧離子導電性的電解質材料，使富含氮氧化物的汽車尾氣在陰極被還原。由于汽車尾氣中通常還含有較多的剩余氧氣，所以，ECC催化轉化的關鍵在于在高氧氛圍中對氮氧化物的選擇性還原。1975年Pancharatnam等首次組裝了以SSZ為電解質、多孔鉑、金為陰極的ECC并對氮氧化物直接還原進行了研宄，隨后，圍繞著不同氣氛下氮氧化物的選擇性還原，人們進行了大量研宄，采用了多種陰極材料，如貴金屬鉑、銥，氧化銅及LSM等鈣鈦礦材料，并對其反應機理進行了大量的研宄。其中，以RuO2為電極時，電流效率最高，為12%，但是這種材料易揮發，毒性高，抑制了其應用前景。
[0006]在ECC基礎上采用SOFC進行氮氧化物還原可以獲得額外的電能，提高了能量利用率，但是，傳統的SOFC需要致密的電解質層，制備難度大，對電池氣密性要求高，需要額外的密封材料，抗熱震性能差，啟動慢，不能很好的滿足汽車尾氣處理的需求。

【發明內容】

[0007]本發明的目的在于提供一種發動機尾氣凈化裝置。
[0008]本發明所采取的技術方案是:
一種帶支撐體的固體氧化物燃料單電池，包括支撐體與設置在支撐體上的單電池單元，所述的單電池單元包括陽極層，陰極層，電解質層；陽極層的一端被電解質層包覆；電解質層上與包覆面相對的另一側表面上設有陰極層。
[0009]一種帶支撐體的固體氧化物燃料電池組，包括支撐體，以及設置在支撐體上的若干個相互串聯的單電池單元，單電池單元的陽極層與支撐體緊密連接，所述的單電池單元為上述的單電池單元，串聯方式為:一個單電池單元的陰極層與相鄰另一個單電池單元的未被電解質層包覆的陽極層的一端相互電連接。
[0010]所述的電連接為通過導線相互連接。
[0011]一種發動機尾氣凈化裝置，包括若干個上述的帶支撐體的固體氧化物燃料電池組。
[0012]所有的電池組設置在同一氣室內。
[0013]同一氣室內的所有固體氧化物燃料電池組之間是相互串聯的，串聯的方式為電池組的一個單電池單元的陰極層與相鄰電池組的一個單電池單元的未被電解質層包覆的陽極層的一端相互電連接。
[0014]所述的電連接的方式為通過導線相互連接。
[0015]所述的陽極層的材料為金屬陶瓷；所述的陰極層的材料為鈣鈦礦型催化劑；所述的電解質層的材料為ZrO2S電解質材料、CeO 2基電解質材料、摻雜的LaGaO 3基氧化物中的至少一種。
[0016]所述的支撐體是這樣制備的:將鈣鈦礦型催化劑粉體、PSZ粉、有機溶劑混合制成紡絲液，通過紡絲機制得中空纖維生坯，切段，再煅燒，制成多孔中空纖維支撐體。
[0017]一種帶支撐體的固體氧化物燃料單電池的制備方法，步驟為:
1)按照鈣鈦礦型催化劑的化學組成，取對應金屬離子的硝酸鹽，制成凝膠、干燥、研磨，得到催化劑粉體；
2)將上步制得的催化劑粉體、PSZ粉、有機溶劑混合制成紡絲液，通過紡絲機制得中空纖維生坯，切段，再煅燒，制成多孔中空纖維支撐體；
3)將金屬陶瓷粉體溶于有機溶劑，涂覆在支撐體上，煅燒，得到陽極層；
4)將電解質材料溶于有機溶劑，涂覆在陽極層表面的一端，并留出一端，煅燒，得到電解質層；所述的電解質材料為ZrO2S電解質材料、CeO 2基電解質材料、摻雜的LaGaO 3基氧化物中的至少一種；
5)將步驟I)制備的催化劑粉體溶于有機溶劑，涂覆在電解質層表面，煅燒，制備出陰極層，即可。
[0018]本發明的有益效果是:
本發明的凈化裝置，可以凈化尾氣的同時產生電能。
[0019]具體來說:
本發明作為一種尾氣凈化裝置，同時也能作為一種電池組而用來發電，將尾氣中廢氣的化學能轉化成為可以利用的電能，在治理大氣污染的同時也回收利用了能源，具有顯著的環保節能意義。同時，本發明的電池組是一個單氣室電池，不需要對雙氣室之間相互密封，不僅減少了制作電池的成本和程序，也降低了對材料和制作工藝的要求。而且電池采用多孔中空纖維支撐結構，增加了電池的能量密度，提高了電池的效率，而且支撐體也是由陰極材料制備而成，能夠更好地適應稀薄燃燒技術導致的陰極氣體過剩的環境，提高催化效率。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的電池組的結構示意圖。
[0021]圖2是本發明的尾氣凈化裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合圖1-2來進一步的說明:
一種帶支撐體的固體氧化物燃料單電池，包括支撐體與設置在支撐體上的單電池單元，所述的單電池單元包括陽極層，陰極層，電解質層；陽極層的一端被電解質層包覆；電解質層上與包覆面相對的另一側表面上設有陰極層。
[0023]一種帶支撐體的固體氧化物燃料電池組，包括支撐體4，以及設置在支撐體4上的若干個相互串聯的單電池單元，單電池單元的陽極層I與支撐體4緊密連接，所述的單電池單元為上述的單電池單元，串聯方式為:一個單電池單元的陰極層2與相鄰另一個單電池單元的未被電解質層3包覆的陽極層的一端相互電連接；優選的，所述的電連接為通過導線相互連接；進一步優選的，所述的電連接為通過銀導線5相互連接。
[0024]一種發動機尾氣凈化裝置，包括若干個上述的帶支撐體的固體氧化物燃料電池組；圖2即為該裝置的示意圖。
[0025]其中，所有的電池組設置在同一氣室內；優選的，所述的氣室為一耐高溫容器；
優選的，電池組之間相互平行；
優選的，氣室內的所有固體氧化物燃料電池組之間是相互串聯的，串聯的方式為電池組的一個單電池單元的陰極層與相鄰電池組的一個單電池單元的未被電解質層包覆的陽極層的一端相互電連接；優選的，所述的電連接為通過導線相互連接；進一步優選的，所述的電連接為通過銀導線相互連接。
[0026]針對上述帶支撐體的固體氧化物燃料單電池、帶支撐體的固體氧化物燃料電池組以及發動機尾氣凈化裝置，優選的，所述的陽極層的材料為金屬陶瓷；所述的陰極層的材料為鈣鈦礦型催化劑；所述的電解質層的材料為ZrO2S電解質材料、CeO2基電解質材料、摻雜的LaGaO3S氧化物中的至少一種；進一步優選的，所述的陽極層的材料為Ni_YSZ、Cu-YSZ中的至少一種；所述的電解質的材料為YSZ ;所述的陰極層的材料為Laci 6Sra4Coci 2Fetl 8CVs、La0.6Sr0.4。00.2Fe0>403_δ、La0.6Sr0.4。00.2Cu0>803_s 中的至少種。
[0027]優選的，所述的支撐體是這樣制備的:將鈣鈦礦型催化劑粉體、PSZ粉、有機溶劑混合制成紡絲液，通過紡絲機制得中空纖維生坯，切段，再煅燒，制成多孔中空纖維支撐體。
[0028]對應的，一種帶支撐體的固體氧化物燃料單電池的制備方法，步驟為:
1)按照鈣鈦礦型催化劑的化學組成，取對應金屬離子的硝酸鹽，制成凝膠、干燥、研磨，得到催化劑粉體；
2)將上步制得的催化劑粉體、PSZ粉、有機溶劑混合制成紡絲液，通過紡絲機制得中空纖維生坯，切段，再煅燒，制成多孔中空纖維支撐體；
3)將金屬陶瓷粉體溶于有機溶劑，涂覆在支撐體上，煅燒，得到陽極層；
4)將電解質材料溶于有機溶劑，涂覆在陽極層表面的一端，并留出一端，煅燒，得到電解質層；所述的電解質材料為ZrO2S電解質材料、CeO 2基電解質材料、摻雜的LaGaO 3基氧化物中的至少一種；
5)將步驟I)制備的催化劑粉體溶于有機溶劑，涂覆在電解質層表面，煅燒，制備出陰極層，即可。
[0029]優選的，步驟I)為:按照鈣鈦礦型催化劑的化學組成，取對應金屬離子的硝酸鹽，溶于去離子水中，制成硝酸鹽溶液，加入和金屬離子(指所有金屬離子)摩爾比為2:1的一水合檸檬酸，再加入和金屬離子(指所有金屬離子)摩爾比6:1的聚乙二醇到溶液中，水浴攪拌，制成金屬離子螯合液，再將其置于恒溫干燥箱20(TC高溫烘干12h，形成凝膠；再將凝膠放入馬弗爐中，300°C煅燒2h，600°C煅燒4h，然后充分研磨，得到催化劑粉體。
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