寧波材料所在醇類直接內(nèi)重整固體氧化物燃料電池技術(shù)研究方面取得系列進展
氫氣體積能量密度低、不易儲存與運輸，“綠色”醇類、氨等液態(tài)燃料被視為氫氣的重要存儲載體，在固體氧化物燃料電池（SOFC）方面具有重要的應(yīng)用。目前，國內(nèi)外基于醇類固體氧化物燃料電池發(fā)電的研究主要圍繞外重整制氫與SOFC系統(tǒng)聯(lián)用，及抑制因積碳導(dǎo)致性能的衰減開展，對利用工業(yè)化尺寸電池自身材料催化特性開展直接內(nèi)重整應(yīng)用的研究報道較少。近幾年來，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所浙江省先進燃料電池與電解池技術(shù)重點實驗室燃料電池技術(shù)團隊采用自主研發(fā)的平管型固體氧化物燃料電池，利用平管型電池孔道Ni基材料催化特性，開展了直接內(nèi)重整醇類發(fā)電研究，取得了一系列進展。
采用平管型鎳-氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（Ni/YSZ）陽極支撐體電池，通過提高甲醇在電池內(nèi)的轉(zhuǎn)化效率等方式，提高電池陽極抗積碳能力，實現(xiàn)了醇類燃料發(fā)電由高水碳比（S/C）向低S/C的長期穩(wěn)定運行，電池能300h穩(wěn)定無衰減運行，成果發(fā)表于ACS Sustainable Chemistry & Engineering（doi: 10.1021/acssuschemeng.2c00518）。
在此基礎(chǔ)上，團隊進一步通過平管型電池孔道內(nèi)浸漬方法提高直接甲醇SOFC陽極耐積碳能力，實現(xiàn)1200h近干燥甲醇直接發(fā)電，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于Journal of Power Sources（doi: 10.1016/j.jpowsour.2022.232485）。
進一步地為避免水的引入，團隊提出了甲醇CO2重整與SOFC聯(lián)用方案，在發(fā)電的同時可以實現(xiàn)合成氣的制備與CO2的固定。不同于甲醇水蒸氣重整，甲醇CO2重整產(chǎn)物H2/CO接近1，該比例產(chǎn)物還適用于費托合成的應(yīng)用，生產(chǎn)液態(tài)碳氫化合物。這種利用CO2重整SOFC發(fā)電的概念可以應(yīng)用于其它醇類，如乙醇、丁醇等，具有極高的應(yīng)用價值與潛力，相關(guān)成果發(fā)表在了Chemical Engineering Journal期刊上（doi:10.1016/j.cej.2022.141189）。
本研究項目獲得了國家重點研發(fā)計劃（2017YFE0129300）、國家自然科學(xué)基金（21805006、U1637202）、科技部重點研發(fā)計劃（2021YFB2500400）、浙江省重點研發(fā)計劃（2021C01101）、寧波市2025重大科技專項（2019B10043）、中國石油天然氣集團有限公司合作基金（2021DJ5004）等的支持。
圖1 增強SOFC陽極抗積碳能力的機理
圖2 低S/C條件下，直接甲醇SOFC的長期發(fā)電
（新能源所 桑君康）