[發明專利]一種電能-增值化學品共生燃料電池及其制備方法

有效

• 申請號: 202011604374.6
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112687900B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 符顯珠;樊赟;駱靜利
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 徐凱凱

本發明提供一種電能?增值化學品共生燃料電池及其制備方法，其中，所述電池包括固態電解質以及所述固態電解質兩側的陽極和陰極，所述陽極為LSFNM鈣鈦礦結構陽極，所述LSFNM陽極包括LSFNM多孔結構基體，以及表面經過原位還原生成的FeNi納米合金顆粒，所述LSFNM鈣鈦礦結構陽極材料的化學式為(La_0.6Sr_0.4)_0.95Fe_0.8Ni_0.1Mo_0.1O_3?δ。本發明提升了陽極對乙烷等碳基燃料的催化活性和抗積炭能力，有效提高了乙烷等烷烴燃料的轉化率，并有高選擇性的乙烯等增值化學品產生，實現了電能與增值化學品的共生且沒有CO₂溫室氣體的排放。

技術領域

本發明涉及固體氧化物燃料電池領域，尤其涉及一種電能-增值化學品共生燃料電池及其制備方法。

背景技術

將烷烴燃料用于固體氧化物燃料電池(SOFCs)是通過SOFC實現輕質烷烴高效清潔轉化的發展趨勢，具有重要的國家能源安全戰略意義。在近十年以來，使用固體氧化物燃料電池反應器合成增值化學品引起了研究人員的廣泛關注。隨著研究人員對于SOFCs各部分材料以及工藝的進一步探索，有更多的燃料氣可供SOFCs選擇，使得電能與化學品共生的SOFCs更具有工業上產業化的意義。

乙烷等烷烴大量存在于頁巖氣中，在工業中作為主要石油化石原料生產乙烯等增值品。乙烯作為石油化工行業制備聚合物的主要中間產品，是目前世界上生產最多的有機化合物。然而目前主要生產乙烯的方法還是通過高能耗在高溫蒸汽中熱裂解碳氫化合物得到。如何解決乙烷脫氫的轉化率和工藝生產復雜問題成為了研究重點。

當使用碳氫燃料作為質子導體固體氧化物燃料電池的燃料氣，在發電的同時共產增值化學品成為一個研究熱點。在傳統的氧離子導體SOFCs中碳氫化合物與氧直接接觸，被氧化成水和大量直接排放在空氣中的溫室氣體二氧化碳，選擇性發生下降。同時積碳問題是SOFCs使用碳氫燃料的致命問題，過多的碳沉積容易導致陽極催化劑的失活，對電池性能有很大影響。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種電能-增值化學品共生燃料電池及其制備方法，旨在現有SOFCs在使用過程中實現乙烯與電能共生轉化的目標。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案如下：

一種電能-增值化學品共生燃料電池，其中，包括固態電解質以及位于所述固態電解質兩側的陽極和陰極，能夠共生電能和增值化學品，所述陽極為LSFNM鈣鈦礦結構陽極，所述LSFNM鈣鈦礦結構陽極包括LSFNM多孔結構基體，以及表面經過原位還原生成的FeNi納米合金顆粒，其中，所述LSFNM鈣鈦礦結構陽極材料的化學式為(La_0.6Sr_0.4)_0.95Fe_0.8Ni_0.1Mo_0.1O_3-δ。

所述的電能-增值化學品共生燃料電池，其中，電池主要結構中的固態電解質選擇材料為BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.2O_3-δ。

所述的電能-增值化學品共生燃料電池，其中，電池主要結構中的陰極為復合陰極，所述復合陰極材料為LSCF-SDC，其中，LSCF為La_0.58Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ，SDC為Sm_0.2Ce_0.8O_1.9。

所述的電能-增值化學品共生燃料電池，其中，所述LSFNM多孔結構基體表面生成的FeNi納米合金顆粒的粒徑為20-30nm。