一种新型钛基双相混合导体透氧膜问世 利于降低氢燃料电池运行成本

3月10日，记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉，该所江河清研究员与德国汉诺威大学Caro教授合作开发了一种新型钛基双相混合导体透氧膜。相关成果近期发表在国际权威期刊《德国应用化学》上(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 5204-5208)。

与可再生能源电解水制氢技术相比，通过提纯工业副产氢获取燃料氢气是现阶段更为现实和价廉的制氢方式，有利于降低氢燃料电池的运行成本。江河清介绍，燃料氢气中微量CO杂质的存在能够快速毒化燃料电池催化剂，因此开发不含CO的氢气(CO≦0.2ppm)制备技术成为氢能研究的一个重要方向。具有氧离子-电子混合导电性的致密陶瓷膜对氧气的传输具有100%的选择性，将高温水分解反应和工业副产氢燃烧反应耦合在陶瓷透氧膜反应器的两侧，低纯氢气的燃烧可以促进陶瓷膜另一侧水分解所生成氧气的原位移除，从而可以高效地促进水分解，直接获得不含CO的氢气，可作为燃料直接用于氢燃料电池。

在氢气制备过程中前期报道的陶瓷透氧膜中的钴和铁离子易被深度还原，呈现出较差的化学稳定性。近日，江河清与Caro合作开发的一种新型钛基双相混合导体透氧膜，相比于化学不稳定的铁基双相膜，钛基双相膜材料在含有水蒸气和高浓度氢气气氛下处理100小时仍然保持原有的相结构和微观形貌，表现出优异的抗还原稳定性。江河清介绍，该双相透氧膜在还原气氛下具有较好的透氧性能，作为膜反应器可用于氢气纯化制备过程。在低纯氢气燃烧反应驱动下，在膜反应器的水分解反应一侧可以高效地获取不含CO的氢气。而且实验结果表明该钛基双相膜可以长时间稳定运行，膜材料在实际化学反应条件下呈现出较好地稳定性，其氢气产率为0.25 m3 h-1 m-2。江河清表示，该工作解决了在还原性气氛下陶瓷膜材料稳定性差的问题，促进了陶瓷膜制氢技术的发展。(王健高 刘佳 贾露建 )