[发明专利]一种具有直孔结构的储氢燃料及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有直孔结构的储氢燃料及其制备方法，所述储氢燃料包含储氢金属、氧化物和催化剂，储氢燃料具有开放的直孔结构。所述储氢燃料可以通过开放的直孔结构，促进氢气和水蒸气的物质传输，有效加快储氢燃料的氧化还原反应。同时，所述储氢燃料还具有催化剂和氧化物，也有利于氢燃料的氧化还原反应。

技术领域

本发明涉及一种二次固体氧化物燃料电池，属于电化学领域。

背景技术

高温固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种基于高温电化学反应的发电装置，只能进行发电，不能进行电能存储。专利CN102652379B提出一种可以进行可逆充放电的SOFC，即二次SOFC。其在SOFC的基础上，通过在阳极一侧设置密闭的储氢部件，利用储氢部件中的储氢燃料与水蒸气的反应进行氢气的可逆存储与释放，从而实现SOFC的二次化。储氢燃料可使用多种金属或其合金，典型的储氢燃料为铁。在放电过程中，铁与水蒸气反应产生氢气和四氧化三铁，氢气进一步与氧气通过电化学反应发电，并生成水蒸气。在充电过程中，二次SOFC首先通过电解水蒸汽产生氢气，氢气进一步与四氧化三铁反应生成铁和水蒸气，实现氢气的存储。

储氢燃料作为二次SOFC的核心组成，其结构对电池的电化学性能影响极大。储氢燃料的氧化还原反应速率与气体传输速率密切相关，而气体传输受孔结构限制。目前的储氢燃料中多数为随机分布的小孔，导致气体传输孔道蜿蜒曲折、输运阻力大。同时，储氢燃料会发生高温烧结，不仅造成储氢燃料的表面积减小，还会堵住气体传输通道。因为，为保证储氢燃料反应的顺利进行，良好的气体传输通道是必需的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种具有直孔结构的储氢燃料及其制备方法，以解决上述背景技术中的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有直孔结构的储氢燃料及其制备方法，所述储氢燃料包含储氢金属、氧化物和催化剂，所述储氢燃料具有或部分开放的直孔结构。

优选的，所述储氢燃料直孔的孔径为10μm～200μm。

优选的，所述储氢燃料的厚度为100～5000μm。

所述储氢金属通过与水蒸气的反应进行氢气的存储与释放，包括但不限于镁、钙、铝、锌、铁、锰、铅、锡、镍、钼、钨、钛或其合金。优选的，所述储氢金属为铁。

所述氧化物用于缓解储氢金属在高温下的烧结，具有化学惰性，在二次SOFC的工作温度下不与储氢金属、氢气和水蒸气反应。所述氧化物熔点高于800℃，优选的高于1000℃，以保证氧化物不会发生熔融过程。优选的，所述氧化物为Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)中的一种或其混合物。所述氧化物的粒径在100nm～5μm之间。优选的，粒径在100nm～500nm之间。

所述氧化物的用量应适当，既能够缓解储氢金属在高温下烧结的过程，又不会对储氢燃料整体的储氢量有太大的不利影响，因此应对氧化物的用量加以限制。所述氧化物的用量为储氢金属质量的1wt％～20wt％。优选的，为3wt％～10wt％。

所述催化剂用于促进储氢金属的氧化还原反应，从而加速其储氢、产氢的速率。优选的，催化剂为Pd、Pt、CeO₂等。所述催化剂的粒径应尽可能小，以充分发挥其催化功能。所述储氢燃料粒径的粒径为在5nm～500nm。优选的，为5nm～100nm。所述催化剂的用量为储氢金属总质量的0.5wt％～10wt％。优选的，为0.5wt％～5wt％。所述催化剂的来源不加限制，可直接为催化剂，也可为催化剂的前驱体，经过空气煅烧或高温还原过程生成催化剂。

本发明还提供了一种具有直孔结构的储氢燃料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将牺牲材料粉体、粘结剂、分散剂、有机溶剂混合均匀，得到牺牲材料浆料；