[发明专利]一种甲烷水蒸气重整催化剂以及固体氧化物燃料电池用阳极材料

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种甲烷水蒸气重整催化剂以及固体氧化物燃料电池用阳极材料。能够提高阳极材料的催化反应活性，避免积碳的发生，进而能够提高阳极材料的耐久性和稳定性。一种甲烷水蒸气重整催化剂，应用于固体氧化物燃料电池；所述催化剂通过如下方法制备获得：步骤1)在碱性溶液中将所述固体氧化物燃料电池的阳极材料用金属氧化物粉末作为载体，与可溶性镍盐混合并搅拌获得分散液；步骤2)对所述分散液进行蒸发、干燥和焙烧处理；步骤3)对焙烧后的产物进行活化处理，以将所述焙烧后的产物中的镍物种还原为金属镍，获得所述催化剂。本发明实施例用于燃料电池的生产制造。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种甲烷水蒸气重整催化剂以及固体氧化物燃料电池用阳极材料。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。

固体氧化物燃料电池与其他燃料电池相比，具有燃料适应性广(可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料)、能量转换效率高(总的燃料发电效率在单循环时有潜力超过60％，而总的系统效率可高达85％)、全固态(不存在对漏液、腐蚀的管理问题)、模块化组装(规模和安装地点灵活等)、高温运行(可加快电池的反应进行，可实现多种碳氢燃料气体的内部还原)、燃料利用率高(零污染)等优点，被称为21世纪的绿色能源。

燃料电池系统通常采用氢气作为燃料，虽然氢气可以实现污染物的零排放，但是目前缺乏氢气管道运输等基础设施，且氢气并不是一次能源，工业上常采用甲烷水蒸气重整来制备氢气，而甲烷水蒸气重整反应为高温反应，利用固体氧化物燃料电池的高温运行特性，直接将碳氢燃料用于固体氧化物燃料电池成为研究热点。

由于固体氧化物燃料电池中的阳极材料位于燃料和电解质之间，因此，阳极材料需要满足一系列要求，如：具有足够的电子电导率，同时具有一定的离子电导率，以扩大电极反应面积；在还原性气氛中可长时间工作，保持尺寸及微结构稳定；与电解质的热膨胀匹配，不发生化学反应；具有多孔结构，保证反应气体的运输；对阳极的电化学反应具有良好的催化活性等。

研究表明，镍是甲烷水蒸气重整的良好催化剂，而目前三大类稳定的电解质材料为氧化锆、氧化钇和氧化铈，因此，传统的固体氧化物燃料电池的阳极材料采用镍掺杂的YSZ陶瓷，具体的，将氧化镍与YSZ粉末通过球磨工艺混合，再通过一定的成型工艺成型，最后进行烧结形成NiO-YSZ陶瓷，当NiO-YSZ陶瓷暴露在固体氧化物燃料电池的燃料气中时，NiO在原位被还原为Ni。通过此种机械混合方法制备获得的镍掺杂的YSZ陶瓷容易出现镍的不均匀分布，从而导致材料组成与结构的不均匀性，不利于催化反应的进行，容易发生积碳，阳极材料的耐久性和稳定性较差。

发明内容

本发明的实施例提供一种甲烷水蒸气重整催化剂以及固体氧化物燃料电池用阳极材料，能够提高阳极材料的催化反应活性，避免积碳的发生，进而能够提高阳极材料的耐久性和稳定性。

为达到上述目的，一方面，本发明的实施例提供了一种甲烷水蒸气重整催化剂，应用于固体氧化物燃料电池；

所述催化剂通过如下方法制备获得：

步骤1)在碱性溶液中将所述固体氧化物燃料电池的阳极材料用金属氧化物粉末作为载体，与可溶性镍盐混合并搅拌获得分散液；

步骤2)对所述分散液进行蒸发、干燥和焙烧处理；

步骤3)对焙烧处理后的产物进行活化处理，以将所述焙烧处理后的产物中的镍物种还原为金属镍，获得所述催化剂。

可选的，所述金属氧化物粉末为包含有氧化锆、氧化钇和氧化铈中的至少一种的粉末。