铁镍掺杂钙钛矿材料用于氨分解制氢的性能研究文献综述

 2023-05-19 08:45:38

文献综述

1.1 前言在提倡碳零排放的国际形势下,氢能作为绿色可再生能源受到各行各界的广泛关注,同时由于其本身的碳零排放特性,氢能的开发已经成为各国研究的重点方向[1-2]。

但是,如何低成本和低污染制备、储存和运输氢能是氢能产业进一步发展的难题。

目前,高压气态储运是最主要的氢能运输方式,需要成熟的高压储氢技术和高昂的储罐和运输设备费用,而且高压情况下耗能大,存在较大的安全隐患[3]。

所以,开发成熟、安全和高效的氢能载体储存运输代替氢能的储存运输,将有望解决氢能产业的卡脖子问题,从而帮助氢能产业快速发展。

氨(NH3)不仅具有高的储氢密度(氢占比17%),而且主要分解反应不生成碳氧化物[4],并且我国已经建成成熟的氨生产工艺和储运产业(我国年均合成氨产量约5000万吨),与氢能相比,生产氨的综合成本低,且氨在常温下加压至2.1 MPa就可使氨呈液相存在,便于储运,安全风险小,所以氨是非常理想的生产氢能的中间物。

利用氨催化分解和透氢膜技术的结合,可以高效地将NH3转化为高纯度H2,满足工业和社会上的需求。

1.2 钙钛矿型质子-电子混合导体透氢膜质子-电子混合导体陶瓷膜(MPEC)由于理论上对氢气可达到100%的选择性,且机械强度较好,可作为制氢与分离氢能的优良材料,受到全世界的广泛关注。

目前,已有一些新型MPEC膜材料被成功地开发用来提高氢渗透性和稳定性,其中BaCeO3和SrCeO3基钙钛矿材料因其优异的热稳定性与较高的质子电导率被认为是最有潜力的MPEC膜材料[5-6]。

1.2.1 MPEC膜的透氢原理如图1所示,氢渗透主要有两个过程:气固相界面的氢交换和质子膜内的相扩散,界面交换和体相扩散是相互联系的两个过程,都有可能成为速率控制步骤[7]。

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