• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
固体氧化物电解池材料发展现状与展望
  • 作者

    王傲雪郭琳郑金玉米万良张盼盼杨志宾

  • 单位

    中石化石油化工科学研究院有限公司中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院

  • 摘要

    氢气具有能量密度高、清洁无污染的优点,被认为是符合低碳发展的战略能源。利用风、光、水等可再生电能转换成化学能的方式进行电解制氢已成为主要的绿色制氢方式。目前电解水技术主要包括碱水电解技术(AWE)、质子交换膜电解水技术(PEM)和固体氧化物电解水技术(SOEC)等,其中SOEC效率高、无需使用贵金属催化剂,是高效大规模制氢的首选。SOEC在高温下运行,要求所用材料在高温下具有高导电性和稳定性等特点,同时不同部件所用材料应与热膨胀系数匹配、具有良好相容性,因此从材料方面总结了SOEC阴极、阳极、电解质3种关键部件的材料研究现状。目前阴极材料主要为金属陶瓷和钙钛矿型陶瓷2类材料,阴极高温高湿环境易导致金属陶瓷类材料失活,在长期运行中存在金属的氧化、损失、团聚等问题,因此讨论了制备复合电极、增加阻挡层、制备精细多孔结构等提高金属陶瓷材料稳定性的方法,简述了钙钛矿型陶瓷类材料存在的低催化活性等问题,并介绍了如掺杂过渡、金属原位溶出、负载活性金属纳米粒子等方法以提高材料性能;阳极材料主要为钙钛矿类材料,主要阐述了阳极运行中性能下降的因素,如长期运行过程中分层、裂纹等问题导致阳极材料长期稳定性较差,并讨论了增加阻挡层、循环操作、制备具有高电导率和催化活性的钙钛矿材料等方法,提高阳极稳定性;电解质材料主要由萤石型或钙钛矿类材料组成,重点介绍了制备高电导率材料、薄膜化工艺2种方案降低其阻抗。并对SOEC商业化现状进行介绍,SOEC目前还处于起步阶段,但随研究不断深入,其性能逐步提升,美国、欧盟等发达国家均在积极布局SOEC的商业化应用。最后结合材料发展现状对SOEC的商业化应用前景进行了讨论与展望。

  • 关键词

    固体氧化物电解池制氢电极材料电解质高温电化学

  • 基金项目(Foundation)
    国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”重点专项资助项目(2021YFE0191200)
  • 引用格式
    王傲雪,郭琳,郑金玉,等.固体氧化物电解池材料发展现状与展望[J].洁净煤技术,2023,29(3):62-77.
    WANG Aoxue,GUO Lin,ZHENG Jinyu,et al.Research status and development prospect of solid oxide electrolyzer cells materials[J].Clean Coal Technology,2023,29(3):62-77.
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