[发明专利]可实现复杂场景下氢气纯化的对称陶瓷氢泵及其制备方法

权利要求书

1.一种可实现复杂场景下氢气纯化的陶瓷氢泵，其特征在于：所述陶瓷氢泵具有对称结构，从左到右依次包括：第一多孔电极支撑层、致密电解质层和第二多孔电极支撑层；

所述致密电解质层的组分为质子导体，所述质子导体应为AB_1-xM_xO_3-δ1、Ln₂B_2-xM_xO_7-δ1、A₂In_2-yD_yO_5+δ1以及Ln_6-zW_1-iMo_iO_12-δ2的一种或几种形成的复合物，A为Ba、Sr、Ca、La中的至少一种，B为Ce、Zr、Ti、Sn中的至少一种，M为Y、Yb、Sm、Mn、Nd、Tb、Eu、Tm、In、Gd中的至少一种，D为Sc、Lu、Yb、Y、Dy、Gd、Sm中的至少一种，Ln为La、Nd、Gd、Er中的至少一种，0≤x＜0.3，0≤y＜1，0≤z＜1，0≤i＜0.3，0≤δ1＜0.5，0≤δ2＜1；

所述多孔电极支撑层的组分包括质子导体和具有催化性能的电子导体；所述质子导体的质子迁移数接近1，氧离子迁移数接近0，电子迁移数接近0；所述多孔电极支撑层的电子导体的电子电导率10 S/cm，质子导体材料与电解质层相同，电子导体是金属Ni、Co、Fe、Cu或者430L金属合金中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的可实现复杂场景下氢气纯化的陶瓷氢泵，其特征在于：所述多孔电极支撑层具有双峰孔结构，其中，微米孔和纳米孔共存。

3.根据权利要求1或者2所述的可实现复杂场景下氢气纯化的陶瓷氢泵，其特征在于：所述多孔电极支撑层中微米孔径为1~10μm，所述多孔电极支撑层中纳米孔径为1~100nm。

4.根据权利要求1或者2所述的可实现复杂场景下氢气纯化的陶瓷氢泵，其特征在于：所述致密电解质层的厚度10~40μm。

5.根据权利要求1或者2所述的可实现复杂场景下氢气纯化的陶瓷氢泵，其特征在于：所述多孔电极支撑层的厚度为150~400μm。

6.根据权利要求1或者2所述的可实现复杂场景下氢气纯化的陶瓷氢泵，其特征在于：所述第一多孔支撑层和第二多孔支撑层的厚度和尺寸相同。

7.根据权利要求1或者2所述的可实现复杂场景下氢气纯化的陶瓷氢泵，其特征在于：所述多孔电极支撑层中电子导体和质子导体的质量比为2：1~1：2。

8.根据权利要求1或者2所述的可实现复杂场景下氢气纯化的陶瓷氢泵，其特征在于：所述多孔电极支撑层的孔隙率为10~30%。

9.根据权利要求1或者2所述的可实现复杂场景下氢气纯化的陶瓷氢泵，其特征在于：所述多孔电极支撑层中纳米孔是由动力学控制的原位低温还原形成。

10.一种用于权利要求1或者2所述可实现复杂场景下氢气纯化的陶瓷氢泵的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、对称陶瓷氢泵生坯通过“流延-叠片-热压”工艺制备得到，其中致密电解质流延膜片不加入造孔剂和电子导体粉体，多孔电极层流延膜片的粉体由质子导体粉体、电子导体粉体和造孔剂组成；

步骤二、然后，将生坯在1380~1450℃下烧结4~6小时，得到所述对称陶瓷氢泵。