高连通性Ti4O7/Gd0.2Ce0.8O1.9-δ双相复合SOEC阳极的结构设计和性能研究

批准号:
51702149
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
田婷芳
依托单位:
学科分类:
E0208.无机非金属能量转换与存储材料
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
饶郑刚、刘虎、王慧、张洲洋、周文威
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
微信扫码咨询
中文摘要
甲烷辅助固体氧化物电解池 (SOEC) 是实现高温电解水蒸气高效制氢并联产合成气的核心部件。传统SOEC阳极极化高,长期运行稳定性不足是制约其实用化的瓶颈。开发低极化、高稳定性的电极材料,设计高连通性的阳极成为本领域的关键问题。本项目提出将高电导高稳定性的新型电子导体Ti4O7与氧离子导体Gd0.2Ce0.8O1.9-δ (GDC) 结合,构建具有多级孔隙结构的双相复合SOEC阳极。拟研究和发展Ti4O7/GDC双相多孔中空微球的盐助喷雾热解结合原位碳热还原制备方法。该方法制得的微球中空且球壳多孔,具有独特的两级孔隙结构,连通性高,可有效降低极化。以微观形貌结构观察和SOEC性能测试为基础,探索制备条件工艺—微球组分结构—电极性能之间的关系,发展低极化、高稳定性的阳极材料和结构,研究Ti4O7/GDC复合氧化物阳极电极过程机理,为甲烷辅助的SOEC技术发展提供科学基础和技术支持。
英文摘要
Methane-assisted solid oxide electrolysis cell (SOEC) is the key component of high temperature steam electrolysis (HTSE) technology for highly efficient hydrogen and syngas co-production. However, the traditional anode suffers from two major disadvantages: high polarization and long-term performance degradation. Exploiting low polarization, long-life anode materials and designing highly connective anode structure become the important issues in this field. In this project, we propose a novel methane-assisted SOEC anode of Ti4O7/ GDC dual-phase composite oxide with hierarchical pore structure. This project is intended to investigate the salt-assisted spray pyrolysis companied with in-situ carbothermal reduction process for Ti4O7/ GDC dual-phase hollow microsphere preparation. This process creates a unique graded structure of with porous shell which lead in high connectivity, and thus reduces the concentration and activation polarization. This project will exploit new material and anode structure, and study the effect of pore structures to SOEC anode polarizations based on morphology observation and SOEC performance measurement, investigate the correlations between preparing-process parameters, microstructure and the electrolysis cell performances, and to develop SOEC anode with low polarization and high stability. Hopefully, the knowledge and techniques developed by this project will provide scientific basis and technical support for the development of methane-assisted SOEC technology.
SOEC由于其独特的全固体组成、高能量转化效率而备受关注。电子导电-氧离子导电双相复合电极作为重要的电极构型,由于其结构和组成的多样性,表现出巨大的应用潜力。本项目以制备Ti4O7/ Gd0.2Ce0.8O1.9-x (GDC)双相复合阳极为基本目标,以发展新型电极材料和结构为总体任务,着重以能源转化和储存为功能导向,通过简单普适的合成方法,制备出具有独特多层孔隙结构的中空微球,研究材料制备条件与其结构、性能之间的联系,并结合原位观测技术,深入研究了表面形貌对其上反应过程的影响,探索材料器件化与潜在应用价值。项目工作主要包括以下三个方面:首先,在电极材料合成与制备方面,项目组从Ti4O7、GDC电极材料的合成与制备、电化学及催化性能等多个方面开展研究。1,盐助喷雾热解法制备形貌可控的GDC多孔中空微球,摸索具有良好形貌的中空微球的制备条件,分析总结制备条件和产品成分结构之间的关系,并进一步发展盐助热解法,应用于氧化物纳米粉体的制备和高度分散。2,通过热力学计算了利用碳、甲烷以及活泼金属作为还原剂,制备Ti4O7的温度窗口,成功制备得到蓝黑色Ti4O7并获得良好的甲烷部分氧化催化活性,3,研究了Ti4O7、GDC及其复合相纳微米材料的氧析出、甲烷部分氧化催化性能,并制备和研究了氧空位高度束缚于表面的TiO2-x的光催化性能。其次,在新型超级电容器电极材料的探索方面,首次利用天然生物质蚕蛋壳制备先进多孔碳纳米材料,用于双电层电容器,获得良好的能量密度和循环性能;最后,在材料结构表征方面,利用环境扫描电镜,原位观察和研究了固体表面结构对其润湿特性和表面水输运行为的影响。这些合成制备与原位表征技术的发展对探索Ti4O7/GDC功能材料的可控制备具有重要意义,为其在能源器件上的应用提供了实验依据。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
In situ observations for growth kinetics of water droplets on Bambusa multiplex leaves
竹叶上水滴生长动力学的原位观察
DOI:10.1063/1.5090182
发表时间:2019-04
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:Zhouyang Zhang;Linfeng Fei;Dingjun Liu;Zhenggang Rao;Tingfang Tian;Yongming Hu;Yu Wang
通讯作者:Yu Wang
国内基金
海外基金
