[發(fā)明專利]在燃料電池中使用金屬納米顆粒合成氨的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202180046655.0
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN116615576A
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發(fā)明（設計）人: 薩伊·P·卡蒂卡乃尼;李健鎬;李康永;裴忠民;鄭禹哲
• 申請（專利權）人: 沙特阿拉伯石油公司;韓國科學技術院
• 主分類號: C25B5/00
• 分類號: C25B5/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權代理有限公司 11250
• 代理人: 程鋼

根據(jù)本公開的實施方案，固體氧化物燃料電池包括陰極、陽極和設置在陽極和陰極之間的固體氧化物電解質。該陽極包括多孔支架，多孔支架包括具有布置在多孔支架的一個或多個表面上的一種或多種金屬納米顆粒的固體氧化物。多孔支架和固體氧化物電解質由Lasubgt;0.8/subgt;Srsubgt;0.2/subgt;Gasubgt;0.83/subgt;Mgsubgt;0.17/subgt;Osubgt;2.815/subgt;(LSGM)形成，金屬納米顆粒選自鉑、鎳、金及其組合。還描述了使用燃料電池合成氨的方法。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2020年7月6日提交的美國臨時申請?zhí)?3/048,262的優(yōu)先權，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

技術領域

本文描述的實施方案總體上涉及合成氨的方法，并且更具體地涉及使用包括金屬納米顆粒的燃料電池合成氨的方法。

背景技術

氫氣已被作為能源進行研究，因為它不含二氧化碳(CO₂)，而二氧化碳是溫室氣體(GHG)排放的主要成分。然而，氫氣的重量能量密度低，并且由于其低液化溫度而難以處理。已經(jīng)研究了各種氫載體，其中最有前途的一種是氨。特別是，氨在常溫下液化壓力低，可以高效地儲存和運輸。此外，氨不含CO₂，與其他液態(tài)有機氫載體相比，氨的重氫容量高17wt％。

從空氣中的氮氣大量生產(chǎn)氨氣的主要工業(yè)生產(chǎn)方法是Haber-Bosch法，通過使用鐵基非均相催化劑在高溫高壓下將氣態(tài)氫氣和氮氣結合，根據(jù)以下反應生產(chǎn)氣態(tài)氨：

N₂(g)+3H₂(g)→2NH₃(g)

這種氧化還原反應會增加陽極和電解質之間的界面極化，從而導致電池退化甚至電解質開裂。此外，通過蒸汽重整合成氨的工業(yè)生產(chǎn)方法會產(chǎn)生大量的CO₂。

發(fā)明內(nèi)容

基于以上內(nèi)容，在固體氧化物燃料電池中生產(chǎn)無二氧化碳(CO₂)的氨的方法可能是必要的。本文描述的各種實施方案滿足那些需要并且針對合成氨的方法和用于實施該方法的固體氧化物燃料電池(SOFC)。在實施方案中，固體氧化物燃料電池包括陰極、陽極和設置在陽極和陰極之間的固體氧化物電解質。陽極包括多孔支架，其包括具有一種或多種金屬納米顆粒的固體氧化物，所述金屬納米顆粒布置在所述多孔支架的一個或多個表面上。所述多孔支架和所述固體氧化物電解質由La_0.8Sr_0.2Ga_0.83Mg_0.17O_2.815(LSGM)形成，金屬納米顆粒選自鉑、鎳、金及其組合。

根據(jù)本公開的實施方案，在燃料電池中產(chǎn)生氨的方法包括通過去除電子以形成氫離子來將氫氣電離到所述燃料電池的陽極。所述燃料電池包括陰極、陽極以及陽極和陰極之間的質子傳導電解質。陽極包括多孔支架和布置在所述多孔支架表面上的一種或多種金屬納米顆粒。所述質子傳導電解質和所述多孔支架包括La_0.8Sr_0.2Ga_0.83Mg_0.17O_2.815(LSGM)和金屬納米顆粒，所述金屬納米顆粒選自鉑、鎳、金及其組合。所述方法還包括將氫離子通過質子傳導電解質傳遞到所述陰極，將所述電子從所述陽極傳遞到所述陰極，并將氮氣通入所述陰極，其中所述氫離子和所述氮氣反應產(chǎn)生氨。

下面將更詳細地描述這些和其他實施方案，以及附圖。包括的附圖用以提供對各種實施方案的進一步理解，并且并入并構成本說明書的一部分。附圖闡明了本文描述的各種實施方案，并且與說明書一起用于解釋要求保護的主題的原理和操作。

附圖簡要說明

現(xiàn)在參考附圖中的示例：