基于質子傳導的直接碳氫化合物固體氧化物燃料電池的性能研究.pdf

1、甲烷和二氧化碳是導致全球變暖的主要溫室性氣體。為了有效的利用CH4/CO2，減輕其對環(huán)境造成的危害，甲烷二氧化碳重整反應引起了科學家們的廣泛關注。甲烷二氧化碳干重整（CO2-DRM）能夠將CH4和CO2轉化成有用的化學產品，如合成氣。但是，CO2-DRM存在兩個主要的問題，分別是反應需要消耗大量的能量和反應過程在催化劑表面產生積碳。作為一種能量轉換裝置，固體氧化物燃料電池能夠利用電化學氧化過程中的熱量實現熱自生過程。因此，在固體氧化物燃

2、料電池上進行原位的CO2-DRM可以解決反應需要消耗大量能量的問題。對于SOFC陽極上原位的CO2-DRM，基于質子傳導型電解質的SOFC(H+-SOFC)比基于氧離子傳導型電解質的SOFC(O2--SOFC)更具優(yōu)勢，因為H+-SOFC的電解質僅將質子從陽極遷移到陰極，不會發(fā)生電化學反應產生二氧化碳。然而，作為一種傳統的H+-SOFC陽極材料，Ni基材料被用于原位的CO2-DRM時會遇到陽極積碳導致其失活的問題。
　　為了解決質

3、子導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H+-SOFC上設計催化劑層的制備方法。這種方法的優(yōu)勢體現在利用SOFC陽極中的催化劑材料的同時，可以產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陽極支撐體的前驅體催化劑層(layered H+-SOFC)用于原位的CO2-DRM，系統研究了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陽極表現出更好的催化性能和抗積碳能力。同時，涂層H+-SOFC消耗陽極原位產生的H2，比傳統電池提供了更多的功率輸出?？狗e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，利用溫室氣體二氧化碳和甲烷產生高濃度CO合成氣，實現電

5、力和合成氣聯產。
　　針對質子導體固體氧化物燃料電池上催化劑前驅體在原位CO2-DRM方面的研究，由于原位產生的氫氣被消耗，合成氣中含有高濃度的CO。為了進一步研究H+-SOFC在高CO濃度廢氣中的耐久性，以La2NiO4、LaNiO3和Ni/La2O3催化劑為研究對象并應用于H+-SOFC的傳統Ni基陽極上，系統研究了不同催化劑前驅體的相結構，微觀結構和催化活性以及涂層H+-SOFC的耐久性和電化學性能。涂層H+-SOFC比傳統