质子导电陶瓷对乙醇类氢源的氢催化分离及机理研究

基于钙钛矿型质子导体的电解制氢技术具有能耗低、氢纯度高、无环境污染等优点，然而应用面临较多问题，包括对氢源的选择性较高、氢透过阻抗大，稳定性欠佳等。本项目选择SrB1-xMxO3-δ（B=Ce,M=Yb等）作为电解质体系，设计与电解质具有良好界面特性及具有高催化活性的多相陶瓷/金属复合电极，并制备多孔支撑反应电极，在电极上设计致密的电解质膜制备成管状结构的反应电池。考察对低碳醇类氢源，主要如乙醇含氢化合物，在400-700度范围内对电解制氢的催化分离机理和制氢效率的影响。考察工作环境、添加成分等对电解质薄膜、电极及其相关界面的影响，并优化电解效率和氢采集率。项目将结合电解制氢中基于低碳醇的氢催化/分离/扩散/采集反应的动力学和热力学行为分析，系统研究中温范围电解制氢的各种关键制约因素，为钙钛矿型质子导体在基于低碳醇氢源中，实现高效电解制氢的应用奠定基础。

为了基于高温质子导体材料实现对乙醇等含碳类的氢源的氢气的分离和制备，本项目主要开展了以下的工作：首先采用多种方法如固溶、掺杂、复合以及材料合成工艺等对已有的高温质子导体进行成分和性能的优化，实现了钙钛矿类型BaCeO3的化学稳定性的增强，新型的LaNbO4基质子导电材料的电导率的提高以及目前公认的较好的质子导电材料Ba(Ce,Zr)O3合成工艺的优化和大量粉体的制备。在此基础上我们发展了一系列的薄膜的制备工艺，如共压-共烧结、电泳沉积以及流延等，成功制备出了平整质量较高的半电池，结合LSCF阴极进行了燃料电池的性能表征，间接分析表征了氢源一侧的催化性能；除此之外，我们还对氢采集侧的电极的透氢分离性能借助于透氢膜的表针进行了性能分析，确定出可以适用于乙醇等含碳类氢源的质子导电材料的选择原则，并验证了Ba(Ce,Zr)O3是一种非常有前景的高温质子导电材料。通过本项目的研究，可以为高温质子导体在乙醇等含碳类的氢源的氢气的分离和制备方面的研究和应用奠定技术基础。本项目撰写论文9篇、专利3项，其中，已发表SCI收录国际论文4篇，EI收录论文1篇，国际会议论文3篇，审稿中论文2篇。