铈铁氧载体化学链储氢—制氢性能研究

发布时间：2018-01-31 15:05

  本文关键词： Fe_2O_3-CeO_2氧载体 Redox循环 储氢 制氢 化学链　出处：《昆明理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：氢能是一种清洁的可再生能源,氢燃料电池具有广泛的应用前景。20世纪初,在水蒸汽与铁反应制氢过程中引入了化学链概念。氢燃料电池中化学链储氢-制氢分为两步Fe3O4+4H2→3Fe+4H20(氢气存储)和3Fe+4H20→Fe3O4+4H2(氢气释放)。金属铁物种在氧化还原过程中易烧结,造成氧化还原循环性能差,所以通常在铁物种中添加其他金属作为促进剂提高氧载体的氧化还原循环性能。本文对采用共沉淀法制备的一系列铁基Fe2O3-CeO2氧载体的化学储氢(氢气还原)和制氢(水分解)过程进行了研究。利用XRD、H2-TPR、H2O-TPO、SEM和XPS对Fe2O3-CeO2氧载体的物相组成、表面结构变化以及氧化还原性能进行了表征。初步证实了Fe2O3-CeO2氧载体用于燃料电池的可行性,并探讨了其反应机理。在程序升温氧化水分解过程中,Fe2O3-CeO2氧载体在200-550℃间完成水分解制氢反应,它们所需要的制氢时间小于纯氧化铁。新鲜和10次氧化还原循环后的Fe2O3-CeO2氧载体的H2-TPR结果说明,铈的添加有利于降低氧载体的还原温度,而且不可避免的烧结使循环后氧载体高温还原峰温度升高和氢气消耗量下降。循环后Fe2O3-CeO2氧载体出现的新物相CeFeO3和Fe304成为主要物相,确定新物种CeFeO3和Fe304的协同作用稳定氧载体的循环性能,氢气的产生总量仅由Fe304决定。Fe2O3-CeO2氧载体在循环过程中表现出良好的产氢性能和稳定的循环性能。经过10次氧化还原后的FeCe30氧载体的产氢速率是新鲜氧载体的2倍,而氧载体FeCe20的产氢量和产氢速率几乎是纯Fe203的2倍,最高存储能力高达2.71wt%。高温有利于制氢,恒温750℃条件下FeCe20氧载体所需要的制氢时间为8 min少于纯铁的15 mmin。在Fe203中添加Ce,虽然不能抑制氧载体的烧结,降低氧载体的活化能,但是Ce的添加提高了氧载体的循环性能和制氢-储氢性能。经过4次循环后,发现Fe203中只有不到30%的Fe能够继续参与反应而氧载体FeCe20中有超过90%的Fe可以继续参与随后的氧化还原反应。
[Abstract]:Hydrogen energy is a clean renewable energy, hydrogen fuel cells have a wide range of applications in the early 20th century. The concept of chemical chain was introduced in the reaction of steam and iron to produce hydrogen. Hydrogen storage and hydrogen production of chemical chain in hydrogen fuel cell is divided into two steps Fe3O4 4H2. 鈫，

本文编号：1479343