PDF《中国科学院大连化学物理研究所》

7 2.2 研究方法、实验手段和关键技术说明 (1) 阴极材料的合成 将镧、锶、铁及替代金属元素的前驱体可溶性盐溶于一定比例的乙二醇/水溶液,在表面活性 剂P123 的存在下于特定温度反应,得到多孔 LaSrFeMO(LSFM)前驱体备用.改变替代金属 M 的类型及在 LSMF 中的比例,分别得到不同的阴极材料.通过 ICP-MS、XRD、SEM、TEM、XPS、 Raman、 等技术手段表征阴极材料的结构、 组成、 性能. 采用 Temperature Program Desorption (TPD) (对CO2,O2 及H2O)表征催化剂的表面吸附活性点的情况.随后,将LSFM 与燃烧法制备的 Ce0.8Ga0.2O(GDC)混合并充分研磨后得到阴极材料浆液. (2) 固体氧化物电解质的制备 将8Y 稳定的氧化锆(YSZ)于单向压片机中压制成直径约 28mm 的圆片,并于高温下烧制, 得到厚度约 800μm 的YSZ 电解质陶瓷片. (3) 阳极电极材料的制备 将(La0.75Sr0.25)0.95MnO(LSM)与YSZ 按照一定比例球磨

24 小时,再与乙基纤维素和松油 醇充分混合制备得到阳极电极材料浆液. (4) 电解池组装 在电解质的一面旋涂一层 GDC 的缓冲层并于高温下烧结,再在另一面表面涂敷一定厚度的阳 极材料的浆液,再次烧结制备成半电池,最后在有 GDC 缓冲层的一面涂敷阴极材料(LSFM) ,并 烧结后待用. 整个电解池片的组装过程如图

3 所示: Electrocatalysis evaluation Metals?ions?precursors? P123 Ethylene?glycol La(NO3)3?6H2O Sr(NO3)2 Fe(NO3)3?6H2O hydrothermal Porous? LaSrFeMO precursors (M=Cu,V,Zn,?etc.) spay coating YSZ pressed calcination ~800μm Electrolytes?pallet Comercial LSM?with?YSZ? (high\energy?ball?milling) Cathode?slurry spay coating Calcination current?collector desired?temperature low \ temperature reduction porous Mixed? with?GDC Anode slurry 图3电解池片组装过程

8 (5) CO2 和H2O 共电解研究 将电解池片置入电催化反应装置,通过测试电池的欧姆电阻、极化电阻,I-t、I-V 曲线研究电 解池片对原料 CO2 和水的电解效率.采用近常压 XPS 同步辐射技术原位表征电解过程及表面活性 物种的演变情况,结合 SEM、XRD 等表征电池片反应前后的结构和形貌,研究电催化机理. 3. 可行性分析 (1)SOEC 高温水蒸气和二氧化碳共电解研究思路 文献中,Irvine 等2 报道了一种氧离子型固体氧化物电解池将 CO2/H2O 共电解生成 CH4,法拉 第效率为 2.8%,CO/H2 的法拉第效率达到 74.2%.BaCe0.5Zr0.3Y0.16Zn0.04O3(BCZYZ)电解质 和复合铁/氧化铁阴极上, CO2 在614 o C 时的电流可达 1.5 A cmC2 , 电化学还原过程中总的 CO2 转化 率达到 65%. Xia 等3 在自制的固体氧化物电解池和费托合成反应器的组合上进行 CO2 和H2O 共电 解,产生的合成气进行费托合成生成甲烷,在800 o C、 1.3 V 电解

24 h 电流密度稳定在 0.42 A cmC2 , 甲烷的平均产率达到 0.84mL minC1 ,CO2 的总体转化率达到 64.1%.Wang 等4 采用熔融碳酸盐 (LiCNaCK) 、Ni 阴极和 SnO2 惰性阳极组成的 CO2 电解体系,发现在

500 o C 时,CO2 还原产生的 电流密度达到

50 mA cmC2 ,法拉第效率在 70%以上.综上所述,CO2 电催化还原反应仍然存在许多 挑战,比如电解效率较低,电催化剂稳定性有待提高,电催化机理仍不明确,中低温电池的开发等 问题.传统的电催化剂有 NiO/YSZ,但是该类催化剂易积碳、硫毒化和 Ni 颗粒烧结等问题导致电 池的能量效率较低, 需要在还原气氛下才能保持........