Enhanced H2 permeation and CO2 tolerance of self-assembled ceramic-metal-ceramic BZCYYb-Ni-CeO2 hybrid membrane for hydrogen separation

材料科学 陶瓷 化学工程 陶瓷膜 钙钛矿(结构) 蒸汽重整 渗透 氧化物 金属 制氢 复合材料 冶金 化学 有机化学 生物化学 工程类
作者
Jianqiu Zhu,Jingzeng Cui,Yuxuan Zhang,Ze Liu,Chuan Zhou,Susu Bi,Jingyuan Ma,Jing Zhou,Zhiwei Hu,Tao Liu,Zhi Li,Xiangyong Zhao,Jian‐Qiang Wang,Linjuan Zhang
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:82: 47-55 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2023.03.027
摘要

Perovskite-type mixed protonic-electronic conducting membranes have attracted attention because of their ability to separate and purify hydrogen from a mixture of gases generated by industrial-scale steam reforming based on an ion diffusion mechanism. Exploring cost-effective membrane materials that can achieve both high H2 permeability and strong CO2-tolerant chemical stability has been a major challenge for industrial applications. Herein, we constructed a triple phase (ceramic–metal–ceramic) membrane composed of a perovskite ceramic phase BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3−δ (BZCYYb), Ni metal phase and a fluorite ceramic phase CeO2. Under H2 atmosphere, Ni metal in-situ exsolved from the oxide grains, and decorated the grain surface and boundary, thus the electronic conductivity and hydrogen separation performance can be promoted. The BZCYYbNi-CeO2 hybrid membrane achieved an exceptional hydrogen separation performance of 0.53 mL min−1 cm−2 at 800 °C under a 10 vol% H2 atmosphere, surpassing all other perovskite membranes reported to date. Furthermore, the CeO2 phase incorporated into the BZCYYb-Ni effectively improved the CO2-tolerant chemical stability. The BZCYYbNi-CeO2 membrane exhibited outstanding long-term stability for at least 80 h at 700 °C under 10 vol% CO2–10 vol% H2. The success of hybrid membrane construction creates a new direction for simultaneously improving their hydrogen separation performance and CO2 resistance stability.
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