Boosting the performances of protonic solid oxide fuel cells for co-production of propylene and electricity from propane by integrating thermo- and electro- catalysis

丙烷 阳极 催化作用 选择性 烯烃纤维 氧化物 材料科学 无机化学 脱氢 化学工程 化学 有机化学 冶金 电极 工程类 物理化学
作者
Ruifang Zhang,Yuqing Meng,Lu‐Cun Wang,Min Wang,Wei Wu,Wei Wu,Wenzhuo Wu,Wenzhuo Wu,Dong Ding
出处
期刊:Fuel [Elsevier BV]
卷期号:357: 129685-129685 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.fuel.2023.129685
摘要

Protonic solid oxide fuel cells (p-SOFC) integrated with clean thermal energy sources are promising platforms for decarbonized chemical production in addition to power generation, such as on-purpose propylene production from propane dehydrogenation (PDH). The catalytic performance of the conventional nickel-cermet-based anode materials in p-SOFC for propane conversion is restrained by their low active surface area and proneness to coking. In this work, by integration of a highly efficient industry-relevant thermal catalyst PtGa/ZSM-5 for PDH reaction, we demonstrate that both the electrochemical and catalytic performance of the propane-fueled p-SOFC can be effectively enhanced. The PtGa catalyst integrated p-SOFC exhibits a peak power density of 93 mW cm−2 at 600 °C, which is greater by about 100% and 50% than that without catalyst or with a perovskite-based (Pr0.3Sr0.7)0.9Ni0.1Ti0.9O3 (PSNT) catalyst layer, respectively. The PDH activity and olefin selectivity of the PtGa catalyst is also significantly higher than that of the PSNT catalyst. In addition, much improved coke tolerance and propylene selectivity (over 90%) compared to the catalyst-free Ni-cermet anode materials were achieved by integrating the industrial catalyst layer. The propane conversion can be further improved by an applied current density, whereas the olefin selectivity is almost unaltered. The excellent performance of the PtGa catalyst integrated p-SOFC is attributed to the high surface area, intrinsically high catalytic activity, selectivity, and anti-coking properties of the catalytic layer for propane conversion. This work provides a general approach and a case study for boosting the performances of p-SOFCs in chemical production by integrating thermo- and electro- catalysis.
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