中温质子导体电解池型氨合成反应器研究OA北大核心

当前传统的氨气规模化生产造成了大量的能源消耗和碳排放,需要寻找一种低碳的技术途径,因此,绿氨合成成为“双碳”背景下的重要研究课题之一。质子导体型陶瓷电解池(Protonic Ceramic Electrolysis Cells,PCECs)可采用可再生电力电解水蒸气原位制氢,有望用作绿氨合成反应器。本研究采用Ni-BaCe_(0.7)Zr_(0.1)Y_(0.2)O_(3)−δ(BCZY)多孔复合陶瓷,研究了质子导体燃料电极的材料特性和合成氨反应条件,650℃时获得了1.04×10^(−10) mol/(s·cm^(2))合成氨速率。基于以上结果,以等静压-浸渍-共烧的工艺方法制备了活性面积达到10 cm^(2)的管式质子导体型电解池。其在650℃,1.4 V电压下获得3 A电解电流,并在合成氨工况条件下稳定运行;管式电池原位产氢能够用于Ni-BCZY燃料电极上的合成氨过程并显著促进了氨产率的提升,合成氨速率达到7.02×10^(−10) mol/(s·cm^(2))。200 h的测试结果表明,电解池的电化学性能与合成氨速率均表现出良好的稳定性,显示了作为绿氨合成反应器的潜力。