高温共电解阴极/电解质界面结构调控及电极反应机理研究

High temperature co-electrolysis (HTCE) technology has become a new research focus in world's energy field, which can produce synthesis gas by dissociation of CO2 and H2O using a solid oxide electrolysis cell （SOEC）.The polarization loss，operational stability and interfacial behavior of SOEC cathode are the key issues for the development of HTCE technology. In order to overcome these challenges, high performance CeO2 based catalysts will be introduced into the cathode/electrolyte interface，and its catalytic performance for high temperature reverse water-gas shift (RWGS) reaction will be investigated. By screening of catalyst material and controlling interfacial structure, the composite cathode materials with high performance for HTCE are developed to solve the electrode polarization loss and stability problems in the HTCE process. Based on the above results, the mechanisms of HTCE's electrochemical reaction will be investigated by the in situ/ex situ material characterization coupled with electrochemical measurements. The successful implementation of this project will lay a solid foundation for the application of HTCE technology. The research has important theoretical significance and potential value.

利用固体氧化物电解池（SOEC）在高温下高效电解水蒸气和二氧化碳制备合成气是目前国际能源领域一个新的研究热点。电解池的阴极极化损失、稳定性控制和共电解反应机理的研究是影响该技术进一步发展的关键问题。本课题针对高温共电解（HTCE）技术的特点，在原有的高温电解制氢研究的基础上，在SOEC的阴极/电解质界面引入对RWGS反应更具催化活性且与电解质兼容性好的过渡金属掺杂氧化铈基催化材料，通过催化剂材料筛选和阴极结构控制，开发新的适用于HTCE工作环境的高性能高温共电解复合阴极，并对其阴极/电解质界面结构进行优化，进而解决SOEC共电解过程中电极极化损失及稳定性问题；在此基础上采用电化学测试，结合在线、离线材料表征手段对共电解反应机理进行研究。本项目的成功实施将为HTCE技术的应用打下坚实的基础，具有重要的理论意义和潜在价值。

利用固体氧化物电解池（SOEC）在高温下高效电解水蒸气和二氧化碳制备合成气是目前国际能源领域一个新的研究热点。电解池的阴极极化损失、稳定性控制和共电解反应机理的研究是影响该技术进一步发展的关键问题。本课题针对高温共电解（HTCE）技术的特点， 在原有的高温电解制氢研究的基础上，在SOEC 的阴极/电解质界面引入对RWGS 反应更具催化活性且与电解质兼容性好的过渡金属掺杂氧化铈基催化材料，通过催化剂材料筛选和阴极结构控制，开发l了新的适用于HTCE 工作环境的高性能高温共电解复合阴极，并对其阴极/电解质界面结构进行了优化，减少了SOEC 共电解过程中电极极化损失，提高了电解稳定性；在此基础上采用电化学测试，结合在线、离线材料表征手段对共电解反应机理进行了研究。本项目开发的阴极材料有望应用于HTCE 技术，具有重要的理论意义和潜在价值。