用于燃料电池的催化剂组合物制造技术

本发明专利技术一般涉及从固态燃料（１６）产生电能。在一个实施方式中，本发明专利技术涉及用于从碳基燃料（２）产生电能的固体氧化物燃料电池（１６）以及涉及用于固体氧化物燃料电池（１６）的催化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
02本专利技术一般涉及从固态燃料产生电能。在一个实施方式中，本专利技术涉及用于从碳基燃料(carbon-based flid)中产生电能的固体氧化物燃料电池以及涉及用于固体氧化物燃料电池的催化剂。
技术介绍
03碳直接用在燃料电池中以发电是一种引人注目的发电方法。很多碳酸盐和碱性燃料电池已经用于从处理煤(即超低硫煤/多灰分煤)直接发电。04常规的固体氧化物燃料电池利用位于阳极与阴极之间的、促进离子在其之间转移的电解质。传统上的固态化石燃料诸如煤在被引入固体氧化物燃料电池以产生电能之前必须被气化和重整。尽管需要额外的处理步骤，但使用此类固态化石燃料发电一直是一种吸引人的选择，部分原因在于此类燃料的高能量密度。单独的气化和重整步骤需要大量输入热能，并且热量回收低，导致该工艺效率低。05碳基燃料电池的基本原理在本领域是熟知的。碳(S卩C)燃料被供应到燃料电池的阳极侧，而空气被供应到阴极侧。来自空气的氧吸附在阴极催化剂上。取决于所使用的电解质的类型，根据在后面表1中讨论的相应的阴极反应类别，氧与H20或C02被转化为02—、 OH—或CO,。在碱性燃料电池中，0、与H20在阴极催化剂上反应形成OH—。OH.扩散穿过液体碱性膜到达阳极，以便与碳反应而产生C02和电子。在碳酸盐燃料电池中，0:与C02在阴极催化剂上反应形成碳酸盐。用作电解质的碳酸盐可以进一步与碳在阳极催化剂上反应而产生(302和电子。这些燃料电池在400至650。C下运作。这些燃料电池的主要缺点在于其使用煤作为燃料时使用期限短。这是由于飘尘累积以及煤中的硫化合物引起的电极中毒引起。这些燃料电池的长期工作只能通过使用高纯度碳作为燃料来实现。06使用高温固体氧化物电解质和钙钛矿催化剂使得将氧转化为02—， 02—扩散穿过电解质膜到达阳极进行氧化。采用其它固体氧化物膜的方法利用液体阳极进行碳氧化为二氧化碳，并且在本领域是已知的。液体阳极方法的一个问题是此类方法面临迅速失活的挑战。最近的方法利用固体氧化物膜并提出使用固体氧化物燃料电池技术的流化床方式进行煤的直接电化学氧化。这种被提议的技术涉及使用Hg铅，其对环境的影响是不明确的。07WO2006/028502的公开内容详述了使用Pt、 Cu、 Re和Ni作为合适的阳极催化剂进行固体含碳燃料的电化学氧化。目前在本领域对这样的阳极催化剂存在需要该阳极催化剂对含碳燃料诸如煤和生物质的电化学氧化具有活性，以便在固体氧化物燃料电池内产生电流和C02。这些含碳燃料包括但不限于煤、焦炭、预处理的脱灰煤、石油焦炭、塑料、橡胶和生物质。
技术实现思路
08本专利技术一般涉及从有机燃料产生电能。在一个实施方式中，本专利技术涉及用于从有机基燃料产生电能的固体氧化物燃料电池以及涉及用在固体氧化物燃料电池中的催化剂。09在一个实施方式中，本专利技术涉及用于从有机燃料产生电力的直接电化学氧化燃料电池系统，其包括设有电化学还原催化剂的阴极，该催化剂促进氧离子在阴极从含氧源形成；设有电化学氧化催化剂的阳极，该催化剂在氧离子存在下促进有机燃料的直接电化学氧化以产生电能，所述阳极催化剂是Ce氧化物、Ce-Zr氧化物、Ce-Y氧化7物、Cu、 Ag、 Au、 Ni、 Mn、 Mo、 Cr、 V、 Fe、 Co、 Ru、 Rh、 Pd、 Pt、Ir、 Os、钙钛矿或其任何组合；固体氧化物电解质，被布置来将氧离子从阴极输送至阳极，其中电解质与阳极和阴极连续接触，以及其中直接电化学氧化发生在阳极；进料有机燃料的装置；去除废物的装置；固定阳极、电解质和阴极的装置；以及引出电流的装置。10在仍另一实施方式中，本专利技术涉及从有机燃料产生电力的方法，其包括下述步骤提供具有阳极、阴极和电解质的燃料电池系统；将有机燃料进料至燃料电池系统；从燃料电池系统去除废物；在阴极从含氧源形成氧离子；将在阴极形成的氧离子输送至阳极，其中阳极催化剂为Ce氧化物、Ce-Zr氧化物、Ce-Y氧化物、Cu、 Ag、 Au、 Ni、Mn、 Mo、 Cr、 V、 Fe、 Co、 Ru、 Rh、 Pd、 Pt、 Ir、 Os、牵丐钛矿和/或其任何组合；和催化氧离子与有机燃料的反应以便在阳极直接氧化固态有机燃料，以产生产物和电能。附图简述11附图说明图1是详细图解碳基燃料电池的12图2详述提供燃料装填(containment)细节的碳基固体氧化物燃料电池的另一实施方式；13图3是比较三个不同温度下，具有或没有D20的情况下，来自商业燃料电池的改进型金属基阳极/YSZ片/LSM-YSZ阳极的电压对电流密度的14图4是用甲烷作为燃料运行的Cu-阳极燃料电池以及用煤作为燃料运行的燃料电池的电压对电流密度的实验测定值15图5是利用Cu-阳极、YSZ电解质和LSM-YSZ阴极运行的燃料电池的电压对电流密度的实验测定值16图6是利用催化剂A (Ni)或催化剂B阳极、ScSZ电解质和LSM阴极运行的燃料电池的电压对电流密度的实验测定值17图7(a)和7(b)是利用改进的Ni/YSZ纤维(75%) YSZ粉(25%)阳极、YSZ电极和LSM/YSZ阴极运行的燃料电池的电压对电流密度的实验测定值18图8是详细图解M/YSZ阳极、YSZ电解质和LSM/YSZ阴极的SEM图像；19图9(a)详细图解了燃料电池测试装置的视图；图10(b)提供了具有固体加入口和出口的单个燃料电池的视图；图10(c)提供了固体燃料的燃料电池组；20图10是在800'C下使用氢和焦炭固体氧化物燃料电池的燃料电池流出物的MS曲线21图11是在80(TC下使用Ni-YSZ作为阳极，焦炭和H2(30cmVmin)混合物的电流密度与电压关系图(对应于图11的VI-A);22图12是在80(TC下使用Ni-YSZ作为阳极，焦炭和112混合物的电流密度与电压关系图(对应于图11的VI-B);23图13是在80(TC下使用Ni-YSZ作为阳极，焦炭和氢的电流密度与电压关系图(对应于图11的VI-C);24图14是在80(TC下焦炭的OCV图(对应于图11的OCV-I);25图15是在800。C下使用Ni-YSZ作为阳极，焦炭的电流密度与电压关系图(对应于图11的VI-D);26图16是在80(TC下使用Ni-YSZ作为阳极，焦炭的电流密度与电压关系图(对应于图11的VI-E);27图17是16小时后、在800。C下使用Ni-YSZ作为阳极的焦炭和H2的电流密度与电压关系28图18是在H2、焦炭和H2+焦炭上运行的燃料电池的V-I曲线29图19是在焦炭和Hb的电化学氧化过程中的MS曲线图；30图20 (a)和(b)是镀铜Ni阳极在暴露于天然气之后变化的照片，其中(c)是位于Ni/YSZ阳极表面上的Cu的SEM照片；31图21是详细图解天然气和H2作为燃料的SOFC性能的图；32图22是对从CH4步进切换(step switch)为Ar进入闭路SOFC响应的归一化MS和电流-电压33图23是对Ar和CH4流的步进变化(step change)响应的V-I和质谱34图24详细图解了在850。C下在Cu/Ce02Zr02/LSCF阳极催化剂上分别以H2、 CH4和焦炭作为燃料的燃料电池的(a)电压对电流密度(I-V曲线)和(b)功率密度对电流密度(I-P曲线)35本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于从有机燃料发电的直接电化学氧化燃料电池系统，其包括：　设有电化学还原催化剂的阴极，该电化学还原催化剂促进在所述阴极从含氧源形成氧离子；　设有电化学氧化催化剂的阳极，该电化学氧化催化剂在所述氧离子存在下促进所述有机燃料的直接电 化学氧化以产生电能，　所述阳极催化剂是Ｃｅ氧化物、Ｃｅ－Ｚｒ氧化物、Ｃｅ－Ｙ氧化物、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、钙钛矿或其任何组合；　固体氧化物电解质，其被布置来 将所述氧离子从所述阴极输送至所述阳极，其中所述电解质与所述阳极和阴极连续接触，以及其中直接电化学氧化发生在所述阳极；　进料所述有机燃料的装置；　去除废物的装置；　固定所述阳极、电解质和阴极的装置；以及　引出电流的装置 。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文SC庄，
申请(专利权)人：阿克伦大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]