[發明專利]元素含量及孔隙率梯度變化的高溫電解水制氫池及方法

有效

• 申請號: 202110069200.2
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN114855197B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 溫兆銀;葉曉峰;溫亞兵
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C25B9/015
• 分類號: C25B9/015;C25B9/23;C25B11/04;C25B11/031;C25B13/07;C25B1/042
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄒蘊

1.一種元素含量及孔隙率梯度變化的高溫電解水制氫池，其特征在于，

是利用電能將水蒸氣電解制備氫氣的反應裝置；

所述高溫電解水制氫池形成為管狀，包括由包含質子導體材料的材料構成的多個功能層，所述質子導體材料為BaCe_1-x-yZr_xM_yO₃，其中0≤x≤0.9，0≤y≤0.2，且0≤x+y≤1，M為Y、In、Yb、Sc、Cu、Zn；

所述多個功能層包括氫電極層、位于所述氫電極層的外側的電解質層以及位于所述電解質層的外側的空氣電極層；

所述多個功能層的Ce含量隨著從所述氫電極層至所述空氣電極層而梯度下降；

所述電解質層與所述空氣電極層為多孔結構，且形成為孔隙率隨著從所述電解質層向所述空氣電極層而梯度增大。

2.根據權利要求1所述的元素含量及孔隙率梯度變化的高溫電解水制氫池，其特征在于，

采用所述氫電極層為支撐體，所述氫電極層為NiO、CeO₂或CuO中的至少一種與所述質子導體材料的混合材料，其厚度為0.5~1.0mm。

3.根據權利要求1或2所述的元素含量及孔隙率梯度變化的高溫電解水制氫池，其特征在于，

還包括位于所述電解質層與所述氫電極層之間的活性層；

所述活性層為NiO與所述質子導體材料的混合材料，其厚度為5-20μm。

4.根據權利要求1或2所述的元素含量及孔隙率梯度變化的高溫電解水制氫池，其特征在于，

所述電解質層為多層結構，由多層Ce含量呈梯度變化的所述質子導體材料組成；

所述電解質層的孔隙率為5%以下，厚度為5-20μm。

5.根據權利要求1或2所述的元素含量及孔隙率梯度變化的高溫電解水制氫池，其特征在于，

所述空氣電極層為多層結構，由作為活性材料的鈷酸鍶鑭、錳酸鍶鑭或鎳酸鍶鑭中的至少一種與多層孔隙率梯度變化的所述質子導體材料的混合材料組成，其厚度為20-30μm。

6.一種制備根據權利要求1至5中任一項所述的元素含量及孔隙率梯度變化的高溫電解水制氫池的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）制備氫電極層作為支撐體；

2）在所述氫電極層的外側制備形成為多層結構的電解質層；

3）在所述電解質層的外側制備空氣電極層；

4）安裝集流體并連接導線組裝所述高溫電解水制氫池。

7.根據權利要求6所述的制備元素含量及孔隙率梯度變化的高溫電解水制氫池的方法，其特征在于，

所述步驟3）中，通過將Ce含量不同的所述質子導體材料配制成漿料在所述氫電極層的外側依次浸漬，最后在1300～1500℃下共燒后制得Ce含量呈梯度變化的所述電解質層。

8.根據權利要求6所述的制備元素含量及孔隙率梯度變化的高溫電解水制氫池的方法，其特征在于，

所述步驟4）中，通過在所述質子導體材料中添加不同含量的造孔劑，并配置成漿料在所述電解質層的外表面依次浸漬，最后在1300～1500℃下共燒后制得孔隙率呈梯度變化的多孔電解質層，將活性材料配制成金屬硝酸鹽溶液，然后注入到所述多孔電解質層中，再于600～800℃焙燒，多次重復后制得所述空氣電極。

9.根據權利要求6所述的制備元素含量及孔隙率梯度變化的高溫電解水制氫池的方法，其特征在于，

在制備所述電解質層之前，還包括在所述氫電極層的外表面制備活性層的步驟，通過將煅燒后的所述支撐體浸入活性層粉體配制的漿料中，使其外表面均勻涂覆一層，再經過1000～1200℃煅燒得到所述活性層；

在制備得到所述活性層后，在其外表面制備形成為多層結構的電解質層。