[發明專利]一種自分相混合導體三相膜材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201810096139.9
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN110092664B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 江河清;夏校良;賈露建;張艷;胡天淼
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/26;C04B35/622
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李穎;周秀梅

本發明屬于混合導體膜材料領域，具體涉及一種自分相混合導體三相膜材料及其制備方法與應用。膜材料由以質子導電為主的鈣鈦礦相、以氧離子導電為主的螢石相和以電子導電為主的鈣鈦礦相三相組成。本發明自發分相形成的混合導體三相膜材料具有質子、電子和氧離子混合傳導的特點和較好的化學相容性和穩定性，該混合導體三相膜材料既可以用于氧氣或氫氣分離，也可用于質子燃料電池的電極材料以及高溫下涉氫或涉氧膜反應器。

技術領域

本發明屬于混合導體膜材料領域，具體涉及一種自分相混合導體三相膜材料及其制備方法與應用。

背景技術

氧離子-電子混合導體透氧膜是一類同時具有氧離子和電子傳導能力的致密陶瓷膜材料。當透氧膜兩側存在氧分壓梯度時，氧會以氧離子的形式通過氧空穴由高氧分壓區向低氧分壓區傳導，同時電子通過變價金屬離子之間的跳躍朝相反的方向傳導。因此，此類膜材料不需要外加電路就可實現氧傳遞過程，理論上對氧的選擇性為100％。自從Teraoka課題組對無機透氧膜材料La_1-xSr_xCo_1-yFe_yO_3-δ(LSCF)(Teraoka et al.,ChemistryLetters，1985，11:1743-1746)進行研究以來，無機透氧膜受到了研究者們的重視。比如，楊維慎課題組開發的Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ(BSCF)材料在850℃下透氧量高達1.16mL·min^-1·cm^-2。(Yang et al.,Journal of Membrane Science,2000,172:177-188)(中國專利CN99113004.9)。M.Arnold等人研究發現Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ鈣鈦礦型混合導體透氧膜，在875℃純He氣氛下，透氧量高達1.9mL·min^-1·cm^-2，但是當切換至純CO₂氣氛下時，透氧量急劇衰減(Arnold et al.,Journal of Membrane Science，2007，293：44-52)。上海大學程紅偉課題組開發了一種抗CO₂腐蝕的雙相膜材料，在CO₂氣氛下穩定運行，透量穩定在0.29mL·min^-1·cm^-2(程紅偉魯雄剛王鵬飛王遠枝，顧紫琴，一種抗CO₂腐蝕的雙相混合導體透氧膜材料及其制備方法，專利公開號：CN106431400A)。鈣鈦礦型透氧膜已經在純氧制備、輕烴轉化制合成氣、燃料電池以及化學反應器等方面展現出十分誘人的應用前景。