近日，中國科學院大連化學物理研究所碳資源小分子與氫能利用創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員李慧和復(fù)合氫化物材料化學研究組研究員陳萍、副研究員柳林團隊合作，開發(fā)了高性能指型和空隙結(jié)構(gòu)不銹鋼鈀復(fù)合膜，可滿足燃料電池氫源快速啟動的要求；將該不銹鋼鈀復(fù)合膜用于氨分解膜反應(yīng)器制氫，氨分解完全轉(zhuǎn)化溫度顯著降低。

(a)指型和空隙結(jié)構(gòu)鈀復(fù)合膜和氨分解膜反應(yīng)器示意圖；(b)氨分解鈀膜反應(yīng)器在673 K下200 h長期穩(wěn)定性實驗

用于氫氣分離的金屬鈀膜分離具有小型、靜音、緊湊的優(yōu)點，屬于燃料電池氫源關(guān)鍵技術(shù)，可與液態(tài)陽光燃料（如甲醇重整或氨分解等）相結(jié)合，實現(xiàn)氫氣的“現(xiàn)產(chǎn)現(xiàn)用”。液態(tài)燃料制氫耦合鈀膜純化技術(shù)可以解決氫氣的儲運和安全難題，在通訊基站電源、液態(tài)陽光加氫站現(xiàn)場制氫、氫能重卡以及無人機等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。與陶瓷鈀復(fù)合膜相比，不銹鋼鈀復(fù)合膜具有機械強度大、簡單密封等優(yōu)點，可滿足小型移動應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

　　針對高性能不銹鋼鈀復(fù)合膜開發(fā)的難題，該研究團隊首次提出指型加空隙結(jié)構(gòu)的不銹鋼鈀復(fù)合膜設(shè)計，可以保證在快速升降溫過程中金屬鈀膜的自由伸縮，并避免不銹鋼基底與金屬鈀膜接觸造成膜結(jié)構(gòu)的破壞。該新構(gòu)型不銹鋼鈀復(fù)合膜能實現(xiàn)連續(xù)2000 h的長期穩(wěn)定運行，而且在模擬燃料電池使用條件下實現(xiàn)了多個快速升降溫循環(huán)，滿足燃料電池氫源快速響應(yīng)的要求。另外，空隙結(jié)構(gòu)顯著降低了多孔載體的滲透阻力，透氫速率達到2.1E-6 mol/（m2*s*Pa），H2/N2選擇性達到16000。將高性能指型不銹鋼鈀復(fù)合膜與高效氨分解催化劑Ru/MgO相結(jié)合，形成膜反應(yīng)器，可將氨分解的完全分解溫度從文獻中的748 K以上降低到673 K（氨分解轉(zhuǎn)化率為99.8%），且實現(xiàn)200 h連續(xù)穩(wěn)定運行，表明該膜反應(yīng)器具備一定的車載應(yīng)用潛力。

　　此前，針對鈀復(fù)合膜產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中的關(guān)鍵問題，該研究團隊提出缺陷原位修復(fù)新路線，開發(fā)多項鈀復(fù)合膜制備新技術(shù)，并系統(tǒng)研究合成氣成分對鈀膜透氫性能的影響，受邀撰寫了2篇綜述(J. Mater. Chem. A，2016，4，14069；Chem. Eng. Sci.，2015，127，401)。該研究團隊于2019年在張家港產(chǎn)研院率先建成規(guī)?；?MW級)不銹鋼鈀復(fù)合膜產(chǎn)線，成本僅為國外同類不銹鋼鈀復(fù)合膜的1/10，目前已實現(xiàn)甲醇重整、鈀膜純化與氫氧燃料電池的10 kw系統(tǒng)集成測試，以及液態(tài)陽光加氫站的產(chǎn)氫技術(shù)示范（20 kg/d）。