[发明专利]对称材料非对称结构电解池及其制备方法

说明书

本发明属于固体氧化物电解池技术领域，具体涉及称材料非对称结构电解池及其制备方法和其应用。所述对称材料非对称结构电解池由具有微通道结构的电极支撑体、薄电解质层及多孔电极层组成；所述的微通道结构一端贯穿支撑体，另一端与薄电解质层连；所述构成多孔电极层的对称材料由NiO和氧离子导体材料混合组成，或者构成多孔电极层的对称材料为纯钙钛矿材料或钙钛矿与氧离子导体材料混合组成。本发明方法采用含Ni基电极或钙钛矿基电极与电解质三层共烧，极大增加电极/电解质界面结合力，同时保证电极有足够的孔隙率用于气体扩散。本发明所制备的电解池可根据应用场景选择是否采用燃料辅助电解CO₂、H₂O。

技术领域

本发明属于固体氧化物电解池技术领域，具体涉及称材料非对称结构电解池及其制备方法。

背景技术

固体氧化物电解池是一种全固态结构的能量转换器件，利用电能在多孔电极进行电解H₂O、CO₂，生产H₂、CO，也可以进行 H₂O 和CO₂共电解制备合成气（CO 和 H₂ 的混合气）。与太阳能、风能等可再生能源结合，进行可再生能源存储，解决可再生能源供给的间歇性、波动性等问题。电解池系统的效率直接影响其运行成本，是决定该技术商业化应用的关键。在设备、原料、能源动力（热能、电能）等成本方面，能源动力成本约占高温电解总运行成本的60%，其中电力成本占能源动力成本的主要部分。

对于传统Ni基阴极，为避免Ni被H₂O或CO₂氧化而失去活性，H₂被通入阴极作为保护气，此时将电解产生的氧离子从阴极拉到阳极需要克服H₂/空气形成的电势差，该过程大部分电能被消耗而造成了电能的极大浪费。目前通常采用两种方式降低电解电耗：一种是利用燃料气，如H₂、CO、CH₄、其他碳氢燃料辅助电解降低阳极的氧分压，从而降低电解电耗，虽然碳氢燃料在自然界有很大的储量，但是引入碳氢燃料后，会导致传统Ni基电极积碳；另一种方法是使用钙钛矿电极作为阴极，避免使用H₂作为保护气，钙钛矿阳极作为常用氧析出电极，所以这种电池的两个电极都采用钙钛矿基材料。

发明内容

为解决现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种对称材料非对称结构电解池制备方法，该方法采用含Ni基电极或钙钛矿基电极与电解质三层共烧，极大增加电极/电解质界面结合力，同时保证电极有足够的孔隙率用于气体扩散。

本发明的又一发明目的为提供了上述制备方法制备的高电解效率电解池，所述电解池可根据应用场景选择不同的辅助燃料进行辅助电解CO₂、H₂O。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

对称材料非对称结构电极固体氧化物电解池，所述对称材料非对称结构电解池由具有微通道结构的电极支撑体、薄电解质层及多孔电极层组成；所述的微通道结构一端贯穿支撑体，另一端与薄电解质层连；所述构成多孔电极层的对称材料由NiO和氧离子导体材料混合组成，或者构成多孔电极层的对称材料为纯钙钛矿材料或钙钛矿与氧离子导体材料混合组成。

优选地，所述电极支撑体厚度为0.3mm~2mm，所述的薄电解质层厚度为0.4μm~30μm；所述多孔电极层/薄电解质界面微通道直径为0.5μm~5μm，逐渐合并增大到10μm~100μm。