【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池及电解池领域，具体涉及一种高温蒸汽直接进料的复合电极材料及其制备方法。
技术介绍
1、钢铁工业是典型的资源、能源密集型行业。2021年，我国粗钢产量高达10.33亿吨，占全球粗钢产量的约53％；我国钢铁行业碳排放占全球钢铁碳排放的60％以上，占全国碳排放总量的15％，是国内31个制造业门类中碳排放量最大的行业。因此，要求更为严格的能耗“双控”和“双碳”目标下，钢铁工业实现绿色低碳发展尤为重要。
2、“氢冶金”和“钢化联产”是钢铁行业实现“减碳”的有效途径，其核心资源是“氢气”。虽然钢铁企业在生产钢铁产品时副产的煤气中含有氢，但满足不了上述技术路线对氢气的需求。由于钢铁企业并不缺少高温水蒸汽，因此完全可以研究把高温水蒸汽作为氢气的一个来源加以利用。
3、固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell，soec)是一种能在中高温(700～850℃)下将热能和电能直接转化为燃料中化学能的全固态装置，可看作是固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，sofc)的逆过程。相比碱性水电解等低温电解水制氢技术，soec高温电解水蒸气制氢，具备如下几个突出的技术优势：(1)soec电效率可达100％，系统效率有望可达90％，被认为是最高效的电解水制氢技术；(2)soec高温运行，无需使用贵金属催化剂，主要采用钙钛矿型稀土氧化物催化剂，材料成本更低；(3)soec为全固态结构，更加安全可靠；(4)在冶金、炼钢等产生高温水蒸气和废热的工序，soec可直
4、但是钢铁行业高温蒸汽直接电解，蒸汽中微量sio2会在传统的镍基复合电极表面富集，占据活性位点，降低电解池性能。钢铁行业高温蒸汽直接利用，必须开发高耐受sio2的电极材料。
技术实现思路
1、基于以上技术背景，本专利技术提供一种高温蒸汽直接进料的复合电极材料及其制备方法。该电极具有很好的耐sio2聚集的作用，特别适用含有微量si元素的钢铁行业高温水蒸气的直接电解。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种高温蒸汽直接进料的复合电极材料，所述电极材料由nio与氧离子导体组成的复合物、碱土氧化物和过渡金属氧化物组成，所述碱土氧化物和过渡金属氧化物负载于复合物表面；所述电极材料中，nio质量分数为45～65％，氧离子导体质量分数为30～50％，碱土氧化物为质量分数为1～4％，过渡金属氧化物质量分数为1～4％。
4、上述技术方案中，进一步地，所述碱土氧化物为sr、ca、ba对应氧化物中一种，所述过渡金属氧化物为fe、zn、co、cu对应氧化物中一种。
5、上述技术方案中，进一步地，所述碱土氧化物和过渡金属氧化物采用共浸渍法一步同时负载到nio和氧离子导体组成的复合物表面，所述碱土氧化物和过渡金属氧化物的颗粒尺度为30～200纳米。
6、上述技术方案中，进一步地，所述碱土氧化物为sr、ca对应氧化物中一种，所述过渡金属氧化物为zn、cu、co对应氧化物中一种。
7、上述技术方案中，进一步地，所述氧离子导体为氧化锆基氧离子导体、氧化铈基氧离子导体、(la,sr)(ga,mg)o3中一种。
8、上述技术方案中，进一步地，所述氧离子导体为氧化铈基氧离子导体。
9、本专利技术的有益效果为：
10、(1)本专利技术的电极材料由nio与氧离子导体组成的复合物及其负载到复合物表面的碱土氧化物和过渡金属氧化物组成，碱土元素可以“捕捉”sio2，避免sio2对ni基催化剂毒化，从而提升含有微量杂质的高温蒸汽进料时，电解池的稳定性。
11、(2)本专利技术的电极材料中，碱土氧化物和过渡金属氧化物一步负载后，两者颗粒间相互作用增加了反应活性位点，提升界面电荷转移，从而加速阴极上析氢反应过程，两者颗粒均匀分布，稳定了电极结构，提升了电解池性能和稳定。
12、(3)本专利技术的电极材料特别适用钢铁行业高温蒸汽直接进料，避免了蒸汽冷凝净化工序，为大规模制氢降低了成本，具有广阔应用前景。
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1.一种高温蒸汽直接进料的复合电极材料，其特征在于：所述电极材料由NiO与氧离子导体组成的复合物、碱土氧化物和过渡金属氧化物组成，所述碱土氧化物和过渡金属氧化物负载于复合物表面；所述电极材料中，NiO质量分数为45～65％，氧离子导体质量分数为30～50％，碱土氧化物为质量分数为1～4％，过渡金属氧化物质量分数为1～4％。
2.根据权利要求1所述的高温蒸汽直接进料的复合电极材料，其特征在于：所述碱土氧化物为Sr、Ca、Ba对应氧化物中一种，所述过渡金属氧化物为Fe、Zn、Co、Cu对应氧化物中一种。
3.根据权利要求1所述的高温蒸汽直接进料的复合电极材料，其特征在于：所述碱土氧化物和过渡金属氧化物采用共浸渍法一步同时负载到NiO和氧离子导体组成的复合物表面，所述碱土氧化物和过渡金属氧化物的颗粒尺度为30～200纳米。
4.根据权利要求1所述的高温蒸汽直接进料的复合电极材料，其特征在于：所述碱土氧化物为Sr、Ca对应氧化物中一种，所述过渡金属氧化物为Zn、Cu、Co对应氧化物中一种。
5.根据权利要求1所述的高温蒸汽直接进料的复合电极
6.根据权利要求1所述的高温蒸汽直接进料的复合电极材料，其特征在于：所述氧离子导体为氧化铈基氧离子导体。
...【技术特征摘要】
1.一种高温蒸汽直接进料的复合电极材料，其特征在于：所述电极材料由nio与氧离子导体组成的复合物、碱土氧化物和过渡金属氧化物组成，所述碱土氧化物和过渡金属氧化物负载于复合物表面；所述电极材料中，nio质量分数为45～65％，氧离子导体质量分数为30～50％，碱土氧化物为质量分数为1～4％，过渡金属氧化物质量分数为1～4％。
2.根据权利要求1所述的高温蒸汽直接进料的复合电极材料，其特征在于：所述碱土氧化物为sr、ca、ba对应氧化物中一种，所述过渡金属氧化物为fe、zn、co、cu对应氧化物中一种。
3.根据权利要求1所述的高温蒸汽直接进料的复合电极材料，其特征在于：所述碱土氧化物和...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵哲，邵志刚，程谟杰，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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