项目名称: 纳米Ni/(La,Sr)TiO3+δ-YSZ复合阴极体系的制备与电解CO2研究

项目编号: No.21303037

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2014

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 谢奎

作者单位: 中国科学院福建物质结构研究所

项目金额: 25万元

中文摘要: 固体氧化物电解池Ni-YSZ阴极经还原气氛保护可高效电解CO2/H2O,在再生能源方面具有重要的学术研究价值和应用前景,但直接电解会氧化金属Ni导致电解池性能衰竭。氧化还原稳定的(La,Sr)TiO3+δ-YSZ陶瓷阴极可直接高温电解,但催化活性不足仍制约阴极动力学过程。本项目拟通过金属原位可逆析出制备纳米Ni/(La,Sr)TiO3+δ-YSZ复合阴极,研究高温电解CO2的电极动力学过程和电化学能量转换过程。通过调控纳米Ni颗粒尺寸与分布,优化阴极微结构提高电催化性能;利用界面锚合改善电极的高温和长期稳定性;探讨纳米Ni高温氧化可逆溶解对阴极热循环性能的增强作用。基于纳米Ni的催化活性和(La,Sr)TiO3+δ陶瓷的氧化还原稳定性的耦合机制,获得可直接高温电解且性能优良的复合阴极体系,发展纳米金属/陶瓷复合电极体系的一般制备方法,为固体氧化物电解池阴极材料的发展提供有价值的参考。

中文关键词: 固体氧化物电解池;阴极;镍;钙钛矿;二氧化碳

英文摘要: The composite cathode, Ni-YSZ, of solid oxide electrolysis cell is able to efficiently split CO2/H2O when flowing a significant concentration of reducing gas over it to produce chemical fuels, which is pretty important for the scientific research and practical application in the field of renewable energy; however, the Ni metal can be easily oxidized from Ni to NiO when performing direct high-temperature electrolysis, which leads to the significant degradation of solid oxide electrolysis cell performances. Redox-stable (La,Sr)TiO3+δ-YSZ composite cathode is able to perform the direct electrolysis; however, the insufficient catalytic activity still hinders the cathode kinetic process. This proposal aims to develop a Nano-sized Ni/(La,Sr)TiO3+δ-YSZ composite cathode through the reversible exsolution of Ni metal particles and evaluate the electrode process and electrochemical process of the electrolysis of CO2. The Ni particle size and distribution as well as the cathode microstructure will be tailored to enhance the electro-catalytic performance of composite cathode. The Ni/(La,Sr)TiO3+δ interface, which is created by anchoring the Ni particles on the surface of (La,Sr)TiO3+δ ceramic, will be studied to understand its effects on the improvements of high-temperature and long-term stability of the composite catohde.

英文关键词: Solid Oxide Electrolysis Cells;Cathode;Nickel;Provskite;Carbon Dioxide

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