中國(guó)粉體網(wǎng)訊  無(wú)機(jī)陶瓷膜按照結(jié)構(gòu)的不同，可以分為致密膜和多孔膜兩大類。致密陶瓷膜是在質(zhì)子-電子混合導(dǎo)體氧化物的基礎(chǔ)上發(fā)展形成的一種陶瓷膜，在氣體分離、新能源器件制造、節(jié)能減排等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目前研究較多的是致密陶瓷透氧膜、致密陶瓷透氫膜和固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cells，SOFCs）電解質(zhì)材料。

致密陶瓷透氧膜

按照傳導(dǎo)物質(zhì)的不同，致密陶瓷透氧膜可分為兩大類，即氧離子導(dǎo)體透氧膜和混合導(dǎo)體透氧膜。由于既能傳導(dǎo)氧離子又能傳導(dǎo)電子，混合導(dǎo)體透氧膜材料在高純氧氣分離、新型催化反應(yīng)器和輕質(zhì)烴類氣體部分氧化等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，成為近年來(lái)致密陶瓷透氧膜的研究熱點(diǎn)。

致密陶瓷透氧膜在高溫下，當(dāng)膜兩側(cè)存在氧分壓梯度時(shí)，允許氧從分壓高的一側(cè)選擇性地滲透到分壓低的一側(cè)。利用這一性質(zhì)，可以用其從空氣中分離氧氣，低成本地生產(chǎn)工業(yè)中廣泛使用的純氧。此外，將陶瓷透氧膜和一些耗氧的化學(xué)過(guò)程結(jié)合，能夠直接用作膜反應(yīng)器，進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。目前已經(jīng)有大量的工作研究陶瓷透氧膜用于甲烷部分氧化制合成氣、甲烷制乙烯和乙烷，并己經(jīng)取得了各方面的進(jìn)展。

陶瓷透氧膜作為膜反應(yīng)器里最重要最關(guān)鍵的部件，它的性質(zhì)直接決定了膜反應(yīng)器的性能。在應(yīng)用中，要求透氧膜具有高的透氧能力，同時(shí)具有優(yōu)良的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性。

致密陶瓷透氫膜

致密陶瓷透氫膜主要用于從含氫混合氣體中分離氫氣、制備高純氫氣和加快涉氫反應(yīng)的反應(yīng)速率等，主要包括鈰酸鍶基、鈰酸鋇基、氧化鈰基、鎢酸鑭基透氫膜等幾大類。

混合導(dǎo)體透氫膜的氫氣滲透示意圖
 

致密的混合導(dǎo)體透氫陶瓷膜是一類在高溫時(shí)具有混合的質(zhì)子和電子傳導(dǎo)性的導(dǎo)體材料，此外，在氧氣壓力梯度中還具有氧離子傳導(dǎo)性。除電導(dǎo)性外，這類材料對(duì)某些化學(xué)反應(yīng)具有催化作用，故可以將氫氣分離與涉氫反應(yīng)耦合，來(lái)達(dá)到對(duì)化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)化和控制，例如甲烷脫氫反應(yīng)，水汽重組反應(yīng)等。

SOFCs電解質(zhì)
 

SOFC是燃料電池技術(shù)發(fā)展更新的第三代、以氧化物為電解質(zhì)的一類燃料電池。它憑借高燃料轉(zhuǎn)化率、高功率密度、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為一種具有廣闊應(yīng)用前景的技術(shù)。

質(zhì)子導(dǎo)體SOFC結(jié)構(gòu)和原理圖
 

SOFC采用致密氧化物陶瓷膜作電解質(zhì)，電解質(zhì)材料主要起阻隔燃料氣體和氧化劑氣體以及傳導(dǎo)離子的作用，是整個(gè)SOFC的核心部件，電池的輸出功率、工作溫度等直接受到電解質(zhì)材料的影響。目前，已有多種致密無(wú)機(jī)陶瓷膜被研究應(yīng)用于SOFC固體電解質(zhì)材料，如螢石結(jié)構(gòu)的ZrO2基材料、CeO2基材料，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的BaCeO3基、LaGaO3基材料。

參考資料：

呂琦凱.莫來(lái)石/氧化鈰基無(wú)機(jī)陶瓷膜的低成本制備研究

汪波.高溫致密透氧膜材料和膜過(guò)程研究

曹靜杰.低成本無(wú)機(jī)陶瓷膜的制備及機(jī)械增強(qiáng)研究

劉慧.抗CO2混合導(dǎo)體透氫膜的制備、表征及其性能研究
 

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