이온 전도성 CE 제조에 대한 새로운 접근 방식

중국과학원 본부

이미지: 계면 반응 유도 재조립 접근법을 사용하여 이온 전도성이 높은 조밀한 얇은 층을 갖춘 다층 세라믹 멤브레인의 제조.더보기

신용: HE 광후

수소는 청정에너지 운반체로서의 잠재력으로 인해 많은 주목을 받고 있습니다. 현재까지 대부분의 수소는 천연가스, 석탄, 석유 등 화석연료에서 생산됩니다. 이러한 화석 유래 수소는 추가 연료 전지 적용을 위해 일반적인 오염 물질(예: CO2, CH4, CO 및 H2S)로부터 정제되어야 합니다.

밀도가 높은 산소 이온 전도 세라믹 막을 사용하여 화석에서 추출한 수소를 이용한 물 분해는 순수한 수소를 직접 얻기 위한 막의 100% 산소 선택성으로 인해 유망한 H2 정화 기술입니다. 그러나 기존의 산소 전도성 막은 위와 같은 가혹한 작동 조건에서 화학적 안정성 문제를 겪고 있습니다.

최근 중국과학원(CAS) 산하 칭다오 생물에너지 및 생물공정 기술 연구소(QIBEBT)의 연구원들은 세리아 기반 박막으로 다층 세라믹 막을 제조하는 새로운 "계면 반응 유도 재조립" 접근법을 개발했습니다. 안정적인 수소생산

이 연구는 11월 3일 Angewandte Chemie International Edition에 게재되었습니다.

"다층 세라믹 멤브레인은 일반적으로 층별 증착 방법을 사용하여 제조됩니다. 그러나 이러한 방법은 종종 일련의 공정이 필요하며 조밀한 얇은 층의 두께는 일반적으로 10~1000μm입니다. 또한 증착된 얇은 층은 종종 공동 소결 중에 지지층에서 박리됩니다."라고 QIBEBT의 교신 저자인 JIANG Heqing 교수는 말했습니다.

토양에 뿌리를 내린 풀의 건축 구조에서 영감을 받아 연구진은 단일 층에 직접적으로 생성된 모층에 뿌리를 둔 산소 전도성 조밀 얇은 층을 갖는 3층 세라믹 막을 제조하기 위한 인터페이스 반응 유도 재조립 접근법을 개발했습니다. - 이중상 세라믹 전구체의 단계 소결.

"이 새로운 접근법에서는 의도적으로 적절한 식각제 Al2O3를 적용함으로써 압축된 펠렛의 표면 Fe 함유 입자가 고온에서 계면 반응을 통해 선택적으로 식각되어 반응 엔탈피를 생성했습니다."라고 QIBEBT의 HE Guanghu 부교수는 말했습니다. 연구. "열은 표면 분리된 형석 유형 입자를 조밀한 얇은 층으로 재조립하여 경계면 반응을 차단하고 얇은 층의 지속적인 성장을 방지하기 위한 국지적 온도를 증가시킬 것으로 예상됩니다."

이러한 계면 반응 유도 재조립 접근법을 통해 연구자들은 생성된 세리아 기반 층이 매우 얇고(~1μm) 밀도가 높으며 모층에 강하게 접착되어 이온 수송 저항을 크게 감소시킬 뿐만 아니라 다양한 응용 분야에 대한 다층막의 구조적 무결성.

연구진은 개발된 다층 막을 사용하여 H2, CH4, CO2, CO 및 H2S를 포함하는 모의 코크스 오븐 가스의 산화를 통해 물 분해를 통해 수소 생산을 시연했습니다. 그들은 CGO 밀도가 높은 얇은 층을 가진 막이 매우 긴 내구성(>1000시간)을 보여 실제 조건에서 수소 생산을 위한 고성능 막 반응기의 가능성을 강조한다는 것을 발견했습니다.

"이러한 결과는 이 기술이 고체 산화물 연료 전지 및 고체 산화물 전기분해 전지와 같은 다양한 응용 분야를 위한 기능성 층을 갖춘 고성능 다층 세라믹 개발의 길을 열었다는 것을 시사합니다. 이는 또한 우리의 향후 연구의 초점입니다."라고 말했습니다. 연구를 주도한 QIBEBT의 JIANG Heqing 교수.

응용화학 국제판

10.1002/any.202210485

안정적인 수소생산을 위한 계면반응을 통해 이온전도성 박층을 유도한 다층 세라믹 분리막