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研究方向

一、 固体氧化物燃料电池/电解池: 固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效地转化成电能的全固态化学发电装置,具有发电效率高、绿色环保等特点。固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)是一种能在中高温下将热能和电能高效环保地直接转化为燃料中化学能的全固态化学电解装置。SOEC可以看作SOFC的逆向运行装置。因此,SOFC可以高效的利用气态燃料如H2、CH4等,液态燃料如乙醇、甲醇等、固态燃料如煤炭等高效的发电,SOEC可以结合可再生能源如风能、太阳等进行高效电解水制氢、电解CO2降低碳排放,共电解产生合成气等,固体氧化物电池技术在未来能源、环境保护方面具有光明的应用前景。

二、 低浓度瓦斯与液体燃料直接发电瓦斯抽采与利用是煤矿瓦斯灾害治理的根本性措施,同时可以将瓦斯变害为利,减少温室气体排放,增加清洁能源供应。然而,低浓度瓦斯的甲烷浓度偏低且波动大,存在爆炸危险性,大量低浓度瓦斯被直接排放,造成严重的能源浪费和环境污染。课题组主要研究低浓度瓦斯脱氧提纯以及基于固体化物燃料电池(SOFC)的低浓度瓦斯燃料电池清洁高效发电。采用吸附动力学分离理论和微压真空变压吸附新工艺,降低浓度瓦斯中的氧含量的同时提高CH4的浓度。同时,采用实验测试、理论分析、数值模拟和工程设计相结合的手段,针对低浓度瓦斯作为SOFC 燃料时的反应机理和关键技术难题开展科学研究。

三、 微管陶瓷膜反应器:管式SOFC是目前发展较为成熟的一类电池,其可在冷端密封,不存在高温密封问题且热循环稳定性佳。相比较于平板式电池,管状结构有很多优点:易密封、快速升降温中热震稳定性高,呈现良好的长期稳定性。本课题组主要探索相转化纺丝法和浸渍法制备管状电池,改进阳极支撑管状电池的制备工艺,提高电池性能; 高性能阴极支撑管式SOFC的制备方法;中温SOFC的复合阴极材料。所采用的制备方法:挤出成型法:将陶瓷原料与粘结剂等助剂混合炼制得到挤制胚料,采用挤制成型设备提供一定的压力,将胚料经挤制模具挤出得到相应形状的胚体。②浸渍法:将陶瓷原料与粘结剂、溶剂等混合制备成具有一定粘度的悬浮浆料,将模具浸入浆料中然后匀速提拉出来,在粘着力和重力的共同作用下,在模具上形成一层液膜,待溶剂挥发后固化成型,重复几次,可以得到所需厚度的胚体。

四、 煤矿乏风氧化:贵金属(如钯、铂和铑)和非贵金属(六铝酸盐、钙钛矿、过渡金属氧化物)均对甲烷燃烧表现出良好的催化活性。负载型贵金属钯(Pd)催化剂在甲烷催化燃烧中表现出良好的反应性能,强金属-载体相互作用可以提升其活性。但是,Pd的价格高昂,高温下易烧结或硫中毒(水蒸气中毒)限制其商业化应用。本课题组主要研究钙钛矿材料,ABO3可以通过调控A位和B位的元素种类来提升其催化性能,因而广泛应用于甲烷催化燃烧、甲烷二氧化碳重整、二氧化碳加氢等反应。