在现场溶解的Ni-Ru双金属催化剂对高性能和耐用的直接甲固体氧化物燃料电池的协同效应

科学领域:

• 材料科学
• 电化学
• 催化剂

背景情况:

• 直接甲固体氧化物燃料电池 (CH4-SOFC) 为天然气利用提供了一个有前途的途径.
• 目前的CH4-SOFC在中间温度 (600-650°C) 上表现不佳,原因是阳极活性较低和焦化问题,特别是在低蒸汽与碳的比率下.
• 在这些条件下,基阳极特别容易被禁用.

研究的目的:

• 为CH4-SOFC阳极开发一种高活性且耐焦的蒸汽甲改性 (SMR) 催化剂.
• 研究Ni-Ru和Sm-doping对CeO2增强催化活性和耐久性的协同作用.
• 提高使用甲的CH4-SOFC的功率密度和长期稳定性.

主要方法:

• 密度功能理论 (DFT) 引导的催化剂设计.
• 合成使用Sm的CeO2支持的Ni-Ru (SCNR) 催化剂.
• 催化剂特性,包括活性和焦化阻力.
• 使用SCNR催化剂作为阳极改造层制造和测试CH4-SOFC.
• 性能评估包括功率密度测量和在低蒸汽条件下的长期耐用性测试.

主要成果:

• SCNR催化剂显示了Ni和Ru之间的协同作用,降低了甲分解的激活能量.
• 在CeO2中注增加了氧空度,促进了水吸附和解离.
• 该SCNR阳极可同时激活甲和水,改善氧化和焦化耐受性.
• 使用SCNR阳极的CH4-SOFC在650°C时达到733mW cm-2的峰值功率密度,比原始电池 (473mW cm-2) 提高了55%.
• 在近乎干燥的甲条件下 (5% H2O) 持续运行超过2000小时.

结论:

• 开发的SCNR催化剂显著提高了CH4-SOFC的性能和耐用性.
• Ni-Ru和Sm-doped CeO2的协同效应对于高效的蒸汽甲改造和耐性至关重要.
• 这些发现为SOFC技术中高效和弹性利用天然气铺平了道路.