基于質(zhì)子傳導(dǎo)的直接碳?xì)浠衔锕腆w氧化物燃料電池的性能研究.pdf

1、甲烷和二氧化碳是導(dǎo)致全球變暖的主要溫室性氣體。為了有效的利用CH4/CO2，減輕其對(duì)環(huán)境造成的危害，甲烷二氧化碳重整反應(yīng)引起了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。甲烷二氧化碳干重整（CO2-DRM）能夠?qū)H4和CO2轉(zhuǎn)化成有用的化學(xué)產(chǎn)品，如合成氣。但是，CO2-DRM存在兩個(gè)主要的問題，分別是反應(yīng)需要消耗大量的能量和反應(yīng)過程在催化劑表面產(chǎn)生積碳。作為一種能量轉(zhuǎn)換裝置，固體氧化物燃料電池能夠利用電化學(xué)氧化過程中的熱量實(shí)現(xiàn)熱自生過程。因此，在固體氧化物燃

2、料電池上進(jìn)行原位的CO2-DRM可以解決反應(yīng)需要消耗大量能量的問題。對(duì)于SOFC陽極上原位的CO2-DRM，基于質(zhì)子傳導(dǎo)型電解質(zhì)的SOFC(H+-SOFC)比基于氧離子傳導(dǎo)型電解質(zhì)的SOFC(O2--SOFC)更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)镠+-SOFC的電解質(zhì)僅將質(zhì)子從陽極遷移到陰極，不會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳。然而，作為一種傳統(tǒng)的H+-SOFC陽極材料，Ni基材料被用于原位的CO2-DRM時(shí)會(huì)遇到陽極積碳導(dǎo)致其失活的問題。
　　為了解決質(zhì)

3、子導(dǎo)體固體氧化物燃料電池陽極材料催化活性低和積碳的問題，本論文采用在傳統(tǒng)H+-SOFC上設(shè)計(jì)催化劑層的制備方法。這種方法的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在利用SOFC陽極中的催化劑材料的同時(shí)，可以產(chǎn)生大量的電和合成氣。首先，制備K2NiF4型鈣鈦礦-La2NiO4(LN)并作為H+-SOFC陽極支撐體的前驅(qū)體催化劑層(layered H+-SOFC)用于原位的CO2-DRM，系統(tǒng)研究了LN催化劑層的重整活性，抗積碳能力，電催化活性以及具備該催化劑涂層的H+-

4、SOFC(涂層H+-SOFC)的操作穩(wěn)定性。LN催化劑層在甲烷二氧化碳干重整過程中比NiO+BZCY4陽極表現(xiàn)出更好的催化性能和抗積碳能力。同時(shí)，涂層H+-SOFC消耗陽極原位產(chǎn)生的H2，比傳統(tǒng)電池提供了更多的功率輸出。抗積碳能力提高的涂層H+-SOFC在200mA cm-2恒定電流密度下的穩(wěn)定電壓是～0.6V。所以采用LN作催化劑涂層的H+-SOFC在提供更高、更穩(wěn)定的發(fā)電的同時(shí)，利用溫室氣體二氧化碳和甲烷產(chǎn)生高濃度CO合成氣，實(shí)現(xiàn)電

5、力和合成氣聯(lián)產(chǎn)。
　　針對(duì)質(zhì)子導(dǎo)體固體氧化物燃料電池上催化劑前驅(qū)體在原位CO2-DRM方面的研究，由于原位產(chǎn)生的氫氣被消耗，合成氣中含有高濃度的CO。為了進(jìn)一步研究H+-SOFC在高CO濃度廢氣中的耐久性，以La2NiO4、LaNiO3和Ni/La2O3催化劑為研究對(duì)象并應(yīng)用于H+-SOFC的傳統(tǒng)Ni基陽極上，系統(tǒng)研究了不同催化劑前驅(qū)體的相結(jié)構(gòu)，微觀結(jié)構(gòu)和催化活性以及涂層H+-SOFC的耐久性和電化學(xué)性能。涂層H+-SOFC比傳統(tǒng)