[發明專利]基于LSCF陽極的固體氧化物電池及其制備方法和在甲烷氧化偶聯制乙烯和乙烷中的應用

在審

• 申請號: 202210376741.4
• 申請日: 2022-04-12
• 公開（公告）號: CN114717589A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 甘麗珍;張優凱
• 申請（專利權）人: 福建農林大學
• 主分類號: C25B11/047
• 分類號: C25B11/047;C25B9/17;C25B3/29;C25B3/23;C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學俊

本發明公開了一種基于LSCF陽極的固體氧化物電池和次增強電化學氧化甲烷偶聯制乙烯和乙烷的方法。所述LSCF陽極材料為鐵元素脫溶析出于La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Fe_0.5+xO_3?δ基底上，構建了金屬?氧化物界面。甲烷氧化偶聯是在氧化物電池陰極和陽極之間施加1.0?1.4 V的穩定電壓，溫度為800~850℃下進行的，甲烷氣體直接在陽極端接觸反應，產生一定質量的乙烯和乙烷。本發明制備的基于La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Fe_0.5+xO_3?δ陽極材料具有極高的電化學反應性能和抗積碳能力，對乙烯和乙烷材料的制備和可再生電能的儲存具有積極的意義。

技術領域

本發明舒適與電化學技術領域，具體涉及一種基于LSCF陽極的固體氧化物電池及其制備方法和在甲烷氧化偶聯制乙烯和乙烷中的應用。

背景技術

將經濟的天然氣（CH₄）轉化為高能量密度的燃料和高附加值的化學品已成為眾多學者的研究方向。 與甲烷間接轉化為合成氣的高能耗方法相比，甲烷可以通過氧化偶聯反應（OCM）轉化為高附加值的乙烷和乙烯（C2）化學品。CH₄ 直接轉化為乙烷和乙烯（C2 產品）是一條具有挑戰性的路線，但它既環保又經濟。甲烷氧化偶聯（OCM）可直接將甲烷轉化為（C2 產物）。然而，該反應通常在較高溫度下進行，C2 產物的產率明顯受限。在傳統的甲烷偶聯反應過程中，產物取決于反應溫度、CH₄/O₂反應物和反應動力學。通常，形成一氧化碳副產物的不良反應占主導地位，這是烴自由基和氧氣的直接氣相反應。為了提高C2的收率和選擇性，有學者提出結合固體氧化物膜和催化劑，以可控的方式將空氣中的O₂解離為氧離子，并將其輸送到反應的活性位點，以提高C2產物的轉化效率。氧離子可以通過可控的電化學模式傳輸到陽極與甲烷發生反應。因此，局部電場的應用將改善氧離子傳輸，從而促進甲烷氧化偶聯反應。因此，有必要開發一種能夠有控制的傳輸氧離子的甲烷氧化偶聯技術。

發明內容

本次發明的目的是通過基于La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Fe_0.5+xO_3-δ陽極材料進行甲烷氧化偶聯制乙烯和乙烷。固體氧化物電池的陰極暴露在靜置的空氣氛圍中，經過電化學反應，將氧離子從陰極端以可控的方式傳導過來在電池陽極進行甲烷氧化偶聯反應。在反應的過程中可提高甲烷氧化偶聯的效率，提高陽極的抗積碳能力。這對乙烯和乙烷的制備具有重要意義。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Fe_0.5+xO_3-δ陽極的固體氧化物電池的制備方法包括以下步驟：

（1）制作電解質支撐體；

（2）將步驟（2）的LSCF-SDC陰極漿料和LSCF_x-SDC陽極漿料均勻的覆蓋在電解質支撐體的兩側，得到固體氧化物單電池；其中LSCrF_x粉末具體為La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Fe_0.5+xO_3-δ，x=0-0.1，且不為0，其鈣鈦礦型氧化物的性質能夠顯示出非常好的電化學性能，且在還原氣氛中顯示出較高的電導率。