一種新型鈦基雙相混合導體透氧膜問世 利于降低氫燃料電池運行成本

3月10日，記者從中國科學院青島生物能源與過程研究所獲悉，該所江河清研究員與德國漢諾威大學Caro教授合作開發了一種新型鈦基雙相混合導體透氧膜。相關成果近期發表在國際權威期刊《德國應用化學》上(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 5204-5208)。

與可再生能源電解水制氫技術相比，通過提純工業副產氫獲取燃料氫氣是現階段更為現實和價廉的制氫方式，有利于降低氫燃料電池的運行成本。江河清介紹，燃料氫氣中微量CO雜質的存在能夠快速毒化燃料電池催化劑，因此開發不含CO的氫氣(CO≦0.2ppm)制備技術成為氫能研究的一個重要方向。具有氧離子-電子混合導電性的致密陶瓷膜對氧氣的傳輸具有100%的選擇性，將高溫水分解反應和工業副產氫燃燒反應耦合在陶瓷透氧膜反應器的兩側，低純氫氣的燃燒可以促進陶瓷膜另一側水分解所生成氧氣的原位移除，從而可以高效地促進水分解，直接獲得不含CO的氫氣，可作為燃料直接用于氫燃料電池。

在氫氣制備過程中前期報道的陶瓷透氧膜中的鈷和鐵離子易被深度還原，呈現出較差的化學穩定性。近日，江河清與Caro合作開發的一種新型鈦基雙相混合導體透氧膜，相比于化學不穩定的鐵基雙相膜，鈦基雙相膜材料在含有水蒸氣和高濃度氫氣氣氛下處理100小時仍然保持原有的相結構和微觀形貌，表現出優異的抗還原穩定性。江河清介紹，該雙相透氧膜在還原氣氛下具有較好的透氧性能，作為膜反應器可用于氫氣純化制備過程。在低純氫氣燃燒反應驅動下，在膜反應器的水分解反應一側可以高效地獲取不含CO的氫氣。而且實驗結果表明該鈦基雙相膜可以長時間穩定運行，膜材料在實際化學反應條件下呈現出較好地穩定性，其氫氣產率為0.25 m3 h-1 m-2。江河清表示，該工作解決了在還原性氣氛下陶瓷膜材料穩定性差的問題，促進了陶瓷膜制氫技術的發展。(王健高 劉佳 賈露建 )