[發明專利]一種固體氧化物電解池氫電極材料及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 202310375585.4
• 申請日: 2023-04-10
• 公開（公告）號: CN116477666A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 楊廣明;龐芳;楊美婷;楊長江;冉然;周嵬
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00;C25B11/04;C25B1/02;C25B1/23;H01M4/86
• 代理公司: 南京新慧恒誠知識產權代理有限公司 32424
• 代理人: 鄧唯

本發明涉及一種易大規?；徊椒ㄖ苽涞母咝阅芄腆w氧化物電解池(SOEC)氫電極材料組成及其制備方法。作為SOEC用于電解純COsubgt;2/subgt;的氫電極，溶膠凝膠一步法相較于其他物理混合等方式具有很大的優勢，可以引入更多的活性中心，形成豐富的兩相界面，提高電極與電解質的熱兼容性，增加結構穩定性和耐久性。通過溶膠凝膠一步法制備Cusubgt;x/subgt;?Srsubgt;2/subgt;Fesubgt;1.5/subgt;Mosubgt;0.5/subgt;Osubgt;6?δ/subgt;?Gdsubgt;0.1/subgt;Cesubgt;0.9/subgt;Osubgt;2?δ/subgt;多孔氫電極。在以氧離子導體電解質Lasubgt;0.8/subgt;Srsubgt;0.2/subgt;Gasubgt;0.8/subgt;Mgsubgt;0.2/subgt;Osubgt;3?δ/subgt;(LSGM)和以Basubgt;0.5/subgt;Srsubgt;0.5/subgt;Cosubgt;0.8/subgt;Fesubgt;0.2/subgt;Osubgt;3?δ/subgt;(BSCF)為氧電極時，該電池表現出優異的電化學性能，其極化阻抗較低，也提升了氫電極材料的催化活性、氧化還原穩定性以及COsubgt;2/subgt;的吸附能力，并能在長時間測試中保持穩定。

技術領域

本發明涉及一種高性能固體氧化物電解池氫電極材料組成及其制備方法，屬于固體氧化物電解池技術領域。

背景技術

隨著人類現代化進程的加快和經濟全球化的迅猛發展，能源利用和環境保護已成為當今社會可持續發展中的兩項重大課題。目前的能源體系主要以化石資源為主，而傳統的燃燒技術對化石資源的利用效率極低，并且還帶來嚴重的環境污染及能源短缺問題。電解技術以其獨特的優勢在能源系統中發揮著巨大的作用，其中固體氧化物電解池(SOEC)是一種高效、無污染的一種能量轉換裝置，也是固體氧化物燃料電池的逆過程，電解池和燃料電池可實現電能和化學能的相互轉換。利用清潔能源產生的電力，SOEC可將H₂O和CO₂電解產生H₂和CO等，且能源轉換效率接近100％。SOEC的結構由兩側的多孔陰極(氫電極)和陽極(氧電極)以及中間的致密電解質組成，其中在氣體-氫電極-電解質的三相界面處，H₂O或CO₂發生電化學還原反應并產生燃料氣(H₂或CO)，隨后氧離子經電解質傳輸至氧電極，氧電極側發生氧析出反應并產生O₂。

氫電極是SOEC電解原料氣通入的電極，當氫電極工作時，水和二氧化碳在氫電極附近分解，產物氣體經電極向外輸出。因而氫電極要具有較高的氧離子和電子電導率、一定的催化活性，還要具備一定的孔隙率。目前在固體氧化物電解池中主要有Ni-(Y₂O₃)_0.08(ZrO₂)_0.92(YSZ)和Ni-Gd_0.1Ce_0.9O_1.95(GDC)等，其中Ni-YSZ是目前應用最廣泛的電解池陰極材料，其具有多孔結構、離子電導率和電子電導率較高、催化活性好且成本較低等優點。但經典的鎳基陰極存在對碳氫燃料氧化或CO₂電解的高催化活性而導致的積碳、高溫長期運行導致的Ni納米顆粒團聚、高溫H₂O或CO₂導致的Ni氧化、穩定性欠佳等問題，因此開發合適的電極結構并同時兼顧電催化活性和長期穩定性對電池的性能至關重要。

發明內容