質子導體,是可以傳導氫離子的固體電解質,也稱為氫離子導體。
為應對能源危機、調整能源結構,清潔可再生的氫能源發展受到重視。電解水制氫,可利用具有間歇性特點的光伏、風能等新能源發電輸出的電能,制備氫氣進行存儲,在用電高峰期,再以氫氣為燃料,與氧氣進行化學反應產生電能,提升電力系統供電穩定性,此外,氫氣還可用作氫燃料電池汽車動力來源以及制備甲醇、合成氨、乙烯等化學品。
電解水制氫、氫與氧反應產生電這一循環,需要利用電解池、燃料電池來實現,而質子導體是質子傳導型固體氧化物電解池(H-SOEC)、質子陶瓷燃料電池(PCFC)、可逆質子陶瓷電化學電池(R-PCEC)等一系列裝備的電解質,具備不可或缺性。
質子導體通常采用陶瓷材料,一般制造成隔膜形式,即質子導體陶瓷膜,隔開陰極與陽極,并在二者之間進行質子(氫離子)傳導。目前已經開發問世的質子導體材料主要有BaCeO3(鈰酸鋇)、SrCeO3(鈰酸鍶)、BZCY(釔摻雜鋯鈰酸鋇)、BCZYYb(鋇鈰鋯釔鐿)等,以鈣鈦礦結構為主。這些材料各有優缺點,例如BaCeO3電導率高,但溫度升高質子遷移數降低,SrCeO3質子遷移數較大,但質子傳導率較低。
近年來,BZCYYb憑借質子傳輸性能優、化學穩定性好、長期穩定可靠等優點,作為質子導體受到關注。在我國,BZCYYb研究機構與布局企業主要有中國科學院寧波材料技術與工程研究所、桐鄉華創三同科技發展有限公司等。
我國H-SOEC、PCFC、R-PCEC研究機構不斷增多,主要有廣東工業大學、南京理工大學、天津工業大學、華南理工大學、清華大學、廣州大學科學研究院等,相關研究成果陸續問世,例如廣東工業大學發表“質子導體固體氧化物電解池研究進展”論文,天津工業大學申請“一種微管式質子陶瓷燃料電池及其制備方法”專利等,利好質子導體行業發展。
新思界
行業分析人士表示,目前來看,我國H-SOEC、PCFC、R-PCEC等電解池、燃料電池,較多仍處于研發或者小規模試驗階段,大規模化商業化發展較為緩慢,質子導體研究開發難度大,多數產品尚未得到廣泛應用。未來,我國質子導體研究仍需持續深入,為下游產品商業化發展奠定基礎。