钙钛矿纳米线构筑三维网络SOEC复合氢电极材料的制备与性能研究

基本信息
批准号:51802132
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:24.00
负责人:王乐莹
学科分类:
依托单位:景德镇陶瓷大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:余永志,程亮,宋福生,吴也凡,刘亮光,秦莹
关键词:
制氢纳米线复合氢电极钙钛矿结构固体氧化物电解池
结项摘要

Solid oxide electrolysis cell (SOEC) have the advantages of high efficiency, environmental-friendly and reasonable cost etc., so the further development of SOEC electrolysis technology is of great significance for realizing the circulation of hydrogen production and electricity generation, and then solving the energy crisis and environmental pollution problems. This project is proposed to prepare a variety of combined metal oxide nanowires with perovskite phase and screen out the suitable nanowires, which would be infused by Ce1-xTmxO2-δ(Tm=Cu,Mn,Ti,V,Mo etc.) nanoparticles with high catalytic activity to construct a new 3D-network hydrogen composite electrode with high activity and high stability for SOEC. The research would be focused on the interaction mechanisms between nanoparticles and nanowire skeleton, and the relationship between the change of microstructure and electrochemical properties of hydrogen composite electrode in electrolytic state. The results would be beneficial to optimize the preparation technology of hydrogen composite electrode. By using a variety of testing methods, the surficial adsorbed species and intermediate state in hydrogen composite electrode would be proceeded the in-situ dynamic characterization in electrochemical reaction process. The electricity-catalyze mechanisms of hydrogen composite electrode would be studied through the correlation between the dynamic process of the catalytic reaction and the electrochemical properties of the electrodes. The above researches would indicate the direction and provide the reference for the development and application of SOEC hydrogen electrode materials.

固体氧化物电解池具有高效、环境友好以及成本合理等优点。进一步发展SOEC电解技术,对于实现制氢和发电循环,进而解决能源危机和环境污染问题具有重大的意义。本项目拟采用静电纺丝法制备多种钙钛矿复合金属氧化物纳米线并进行筛选,在其纳米线骨架中引入具有高催化活性的Ce1-xTmxO2-δ(Tm=Cu、Mn、Ti、V、Mo等)纳米颗粒,构筑新型高活性及高稳定性的三维网络SOEC复合氢电极。重点阐明纳米颗粒与纳米线骨架之间的协同催化机制,分析研究在电解状态下复合氢电极的微细结构变化与电化学性能间的联系,从而进一步优化复合氢电极的制备工艺。综合运用多种测试手段对复合氢电极电化学反应过程中的表面吸附物种、中间态等进行原位动态表征,将电极催化反应的动态过程与其电化学性能相关联,研究复合氢电极的电催化反应机理。此项目工作可为SOEC氢电极材料的研发应用指明方向、提供参考。

项目摘要

氢能是最清洁的可再生能源,是未来十分具有竞争力的化石燃料替代品。相比于成本高且排放温室气体CO2的传统制氢方式,固体氧化物电解池(Solid Oxide Electrolysis Cell,SOEC)SOEC具有高效、环境友好以及成本合理等优点,极具市场应用前景。本项目采用静电纺丝+离子浸渍法制备出以SrMO3(M=Mo、Fe、Ti)/YSZ钙钛矿复合金属氧化物纳米线为骨架、Ce0.9Tm0.1O2-δ(Tm=Cu、Fe、Ni)纳米颗粒修饰构筑的三维网络SOEC复合氢电极;筛选出纺丝过程易调控、纺丝产物不易碎、纳米线分布均匀(直径约为200~300 nm)的SrTiO3/YSZ基两相纳米线作为氢电极骨架;通过A位掺杂以及对浸渍过程的调控,浸渍量为1:0.74的Ce0.9Ni0.1O2-δ@La0.2Sr0.8TiO3/YSZ基单电池在1.3 V(850 ℃,20% H2O、80% H2)下的电流密度为0.400 A/cm2,极化电阻为0.124 cm2;综合运用多种测试手段研究复合氢电极的微细结构变化与电化学性能间的联系,阐明纳米颗粒与纳米线骨架之间的协同催化机理,明确经过化学修饰的电极表面更有利于水分子的吸附裂解制氢,开发出性能优异、结构稳定的新型氢电极材料。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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