催化燃料电池

稀土催化材料与燃料电池(2007-07-1721:24:58)转载▼标签：cn8oo稀土之能源篇三分类：稀土应用现状及发展趋势21世纪属于氢能经济，燃料电池是氢能的最佳利用的技术平台。混合动力汽车也好，全电动汽车也好，只能起过渡作用，汽车的未来属于氢能等燃料电池车；锂电池聚合物电池也好，镍氢电池也好，这些绿色二次电池也只是过渡，电池的未来属于燃料电池。而燃料电池离不开稀土，所以我们可以骄傲地说：稀土就是21世纪的石油。(cn8oo)------------------------一、稀土催化材料在燃料电池及制氢过程中的作用机理中国科学院大连化学物理研究所的王树东研究员在题为“稀土催化材料在燃料电池及制氢过程中的作用机理”的主题报告中提到，21世纪属于氢能经济。燃料电池是氢能的最佳利用的技术平台。其中固体氧化物燃料电池（SOFC）处于电池结构选择、开发廉价制备技术的技术状态。目前国际流行趋势是用有机液体燃料进行车载制氢。例如丰田公司的甲醇制氢、通用公司的汽油重整制氢、Ballard的甲醇重整制氢。中长远趋势是利用可再生资源制氢。氢源是燃料电池商品化的技术瓶颈。利用甲醇（从煤和天然气）制氢符合我国的能源结构，保障能源安全，技术上容易实现，大规模的甲醇生产是成熟工艺，现有的基础设施可以利用。SOFC的研究开发动向是：开发负载型YSZ薄膜中温SOFC和新型电解质（例如LSGM，即La1-xSrxGa1-yMgyO3-d）SOFC体系。对于质子膜燃料电池，技术瓶颈也是氢源。在车载制氢方面，稀土催化材料是必不可少的材料之一。在甲醇自热重整制氢中，对稀土复合氧化物催化剂、贵金属/稀土氧化物催化剂、复合氧化物催化剂、贵金属/氧化铝催化剂分别进行了研究，发现稀土复合氧化物催化剂效果最好，是新一代重整催化剂。另外，将稀土应用于变换反应，一类是稀土氧化物（特别是CeO2和Ce-Zr）做载体，另一类是含稀土钙钛矿型复合氧化物作为变换催化剂。他提出该领域稀土催化材料的主要科学问题包括：新型制氢稀土催化剂的设计、制备；新型复合稀土氧化物重整催化剂的创新设计；贵金属/稀土变换催化剂；稀土催化剂的储放氧热力学及动力学；稀土和非稀土氧化物的相互作用；贵金属和稀土催化材料的相互作用；不同尺度稀土催化材料与性能的关联；稀土催化材料应用的反应工程基础。二、稀土材料在固体氧化物燃料电池中的应用及研究现状华东理工大学催化研究所的郭耘副研究员在题为“稀土材料在固体氧化物燃料电池中的应用及研究现状”的专题发言中指出，SOFC所使用的所采用的电解质材料从结构上可分为萤石结构和稀土基钙钛矿型复合氧化物。阴极材料使用La1-xSrxMnO3（LSM）基材料，通过选择合适的氧化物组成，可增加材料的离子电子导电率，降低氧还原的活化能。面临的问题是阴极材料烧结导致电催化活性下降，与电解质发生界面反应形成高电阻第二相，加速电池性能衰退和缩短电池寿命，另外对密封和连接材料提出苛刻的要求。阳极采用Ni和YSZ、CeO2、LaCrO3材料。稀土复合氧化物在SOFC起着不可替代的作用，稀土氧化物有丰富的离子和电子导电性，通过研究组成、结构与导电性的关系，掺杂离子（半径、含量等）的影响，来设计、合成新型结构的复合氧化物。在已有实验基础上对目标反应及相关反应的反应机理及动力学进行深入研究，加深对反应的理解。三、稀土电催化材料与燃料电池北京科技大学的王新东教授在题为“稀土电催化材料与燃料电池”的专题发言中指出，解决能源危机的关键是能源材料的突破。稀土催化剂在燃料电池中的应用领域包括熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子膜燃料电池（PEMFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）和燃料重整。主要用作电极，同时作为电催化材料。在考虑稀土和过渡金属的f和d能带中的不成对电子等能量因素的基础上，优选具有必要催化活性（包括实现目标反应与抑制有害的副反应，以及能耐受杂质及中间产物的作用而不致较快地中毒失活）的金属、合金或化合物。从空间角度出发，利用高比表面积的电子导体载体（如活性碳、金属），增大电催化剂的比表面，制备在液-固-气-固反应区具有高活性点的多孔扩散电极。同时他认为纳米材料具有很好的催化特性。稀土催化特点在于氧化-还原特性（变价性、高价阳离子的强氧化性）、离子大小和电荷（稀土离子大且带有高电荷、可以产生稳定的晶体结构（如钙钛矿型）、对催化剂起活化作用）、稀土-碳键-金属（稀土起着过渡金属的作用）和无方向性成键（稀土离子较大和可能的高配位数、不同配位构型之间的转变并不经过高能势垒）。他提出以下研究方向：贵金属、过渡金属、稀土元素催化机理异同；催化反应过程的双向性（正/逆反应）；助（次）催化剂作用机理（前置/后置）；催化活性与表面（反应点）和尺寸效应；催化剂费米能级与REDOX势；结构与晶面取向对催化活性的影响；表面/界面Kelvin效应与催化反应；制备科学与技术。四、稀土催化材料在固体氧化物燃料电池中的应用中国科学院大连化学物理研究所的程谟杰研究员在题为“稀土催化材料在固体氧化物燃料电池中的应用”的专题发言中指出，我国应该加紧发展固体氧化物燃料电池材料，新能源技术发展不受制于人。膜电极是固体氧化物燃料电池的核心部件，其制备离不开稀土催化材料。他介绍了部分国外公司的SOFC研发进程，计划2005－2010年进入市场。阴极稀土催化材料采用钙钛矿材料，包括La1-xAxMn1-yMyO3±d和La1-xAxCo1-yMyO3±d。用的最多的是LSM，但它在高温下与YSZ会生成La2Zr2O7。另外还有Pr、Sr等掺杂的阴极材料。阴极稀土催化材料目前所面临的问题在不同类型的燃料电池中不同，在高温电池中是界面扩散反应、热和化学稳定性问题，在中温电池中是提高催化活性和电导率，更好与电解质匹配问题，在低温电池中是催化活性和电导率低等问题。阳极稀土催化材料包括金属陶瓷复合阳极和钙钛矿型复合氧化物阳极催化材料，所遇到的问题包括以烃类为直接燃料的抗结碳问题、催化材料的还原气氛下稳定性问题以及低温燃料电池情况中的催化活性问题。他认为该领域稀土催化材料所面临的科学技术问题包括新电解质材料的相稳定和化学稳定性问题、低温电解质的电子电导问题、纳米电解质材料制备科学与技术、低成本薄膜化科学与技术。分享：0喜欢