Cách tiếp cận mới để chế tạo màng gốm dẫn ion để sản xuất hydro ổn định

Cách tiếp cận mới để chế tạo màng gốm dẫn ion để sản xuất hydro ổn định

    Cách tiếp cận mới để chế tạo màng gốm dẫn ion để sản xuất hydro ổn định
    của Viện Khoa học Trung Quốc

    New approach to fabricating ion conducting ceramic membranes for stable hydrogen production
    Chế tạo màng gốm nhiều lớp với lớp mỏng dày đặc dẫn ion bằng cách tiếp cận lắp ráp lại do phản ứng giao diện gây ra. Ảnh: He Guanghu


    Hydro đã thu hút nhiều sự chú ý do tiềm năng của nó như một chất mang năng lượng sạch. Đến nay, phần lớn hydro được sản xuất từ ​​nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như khí đốt tự nhiên, than đá và dầu mỏ. Hydro có nguồn gốc từ hóa thạch như vậy phải được làm sạch khỏi các chất gây ô nhiễm thông thường (ví dụ, CO2, CH4, CO và H2S) cho các ứng dụng pin nhiên liệu khác.

    Tách nước hỗ trợ hydro có nguồn gốc hóa thạch bằng cách sử dụng màng gốm dẫn ion oxy dày đặc là một kỹ thuật lọc H2 đầy hứa hẹn do tính chọn lọc oxy 100% của màng để trực tiếp thu được hydro tinh khiết. Tuy nhiên, các màng dẫn oxy hiện có gặp phải các vấn đề về độ ổn định hóa học trong các điều kiện hoạt động khắc nghiệt nêu trên.

    Gần đây, các nhà nghiên cứu từ Viện Năng lượng Sinh học và Công nghệ Xử lý Sinh học Thanh Đảo (QIBEBT) thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc (CAS) đã phát triển một phương pháp mới "Lắp ráp lại do phản ứng giao diện" để chế tạo màng gốm nhiều lớp với màng mỏng dựa trên ceria cho sản xuất hydro ổn định.

    Nghiên cứu được công bố trên Angewandte Chemie International Edition vào ngày 3 tháng 11.

    "Màng gốm nhiều lớp thường được chế tạo bằng phương pháp lắng đọng từng lớp. Tuy nhiên, các phương pháp này thường yêu cầu quy trình nối tiếp và độ dày của các lớp mỏng dày đặc thường từ 10 đến 1000 μm. Ngoài ra, các lớp mỏng lắng đọng thường Giáo sư Jiang Heqing từ QIBEBT, tác giả tương ứng của QIBEBT, cho biết tách lớp khỏi các lớp hỗ trợ trong quá trình đồng thiêu kết.

    Lấy cảm hứng từ cấu trúc kiến ​​trúc của các loại cỏ bám rễ trong đất, các nhà nghiên cứu đã phát triển phương pháp lắp ráp lại dựa trên phản ứng giao diện để chế tạo màng gốm ba lớp với một lớp mỏng dày đặc dẫn oxy bám rễ từ lớp mẹ của nó, kết quả trực tiếp từ một -bước thiêu kết tiền chất gốm pha kép.

    Phó giáo sư He Guanghu từ QIBEBT, tác giả đầu tiên của nghiên cứu.

    "Nhiệt độ dự kiến ​​sẽ làm tăng nhiệt độ cục bộ để thúc đẩy quá trình tập hợp lại các hạt fluorit được phân lập trên bề mặt thành một lớp mỏng dày đặc để cắt đứt các phản ứng bề mặt, tránh sự phát triển liên tục của lớp mỏng."

    Với cách tiếp cận lắp ráp lại dựa trên phản ứng giao diện này, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng các lớp dựa trên ceria tạo ra rất mỏng (~ 1 μm), có mật độ cao và bám chặt vào các lớp mẹ, không chỉ làm giảm đáng kể sức đề kháng vận chuyển ion mà còn đảm bảo tính toàn vẹn cấu trúc của màng nhiều lớp cho các ứng dụng khác nhau.

    Sử dụng màng nhiều lớp được phát triển, các nhà nghiên cứu đã chứng minh sản xuất hydro từ quá trình tách nước được hỗ trợ bởi quá trình oxy hóa khí lò cốc mô phỏng chứa H2, CH4, CO2, CO và H2S. Họ phát hiện ra rằng màng có lớp mỏng dày đặc CGO có độ bền rất lâu (> 1000 giờ), nhấn mạnh hứa hẹn về các lò phản ứng màng hiệu suất cao để sản xuất hydro trong điều kiện thực tế.

    "Những kết quả này cho thấy rằng kỹ thuật này mở đường cho sự phát triển của gốm sứ nhiều lớp hiệu suất cao với các lớp chức năng cho các ứng dụng khác nhau, ví dụ như pin nhiên liệu oxit rắn và pin điện phân oxit rắn. Đây cũng là trọng tâm của công việc trong tương lai của chúng tôi", Giáo sư Jiang Heqing từ QIBEBT, người dẫn đầu cuộc nghiên cứu.

    Zalo
    Hotline