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发展氢经济需要建立包括氢气生产、提纯、储存、利用和回收等在内的完整技术与产业链,从含氢混合气中选择性地提纯氢气仍然具有挑战性,特别是从稀释氢混合气中提纯氢气。与传统的氢气分离技术相比,氢分离用质子导体陶瓷膜具有耗能低、稳定性良好、机械强度高、操作简单和膜材料便宜等众多优点。目前研究的氢分离用陶瓷膜的性能受限于双极电导率特别是电子电导率的不足,不能满足实际工业应用的要求,迫切需要开发新型陶瓷膜材料,并优化氢分离用陶瓷膜的结构以降低质子体相传输阻抗和氢气的表面交换阻抗。本文以Ba Zr0.1Ce0.7Y0.2O3-?（BZCY）为质子导体采用“流延-层叠-热压-共烧结”的工艺路线分别制备了双相混合质子-电子导体陶瓷氢分离膜和质子导体电化学氢泵,实现了氢气的高效分离。首先,采用固相反应法和溶胶凝胶法制备了一系列质子导体燃料电池阴极材料粉体,利用X射线衍射、热膨胀分析以及电导率测定等手段从中遴选出合适的电子导体相,然后将电子导体相和质子导体相复合制备了“多孔|致密|多孔”结构的双相混合质子-电子导体氢分离膜,并对陶瓷膜的氢分离性能进行了研究。结果表明:（1）在所研究的几种电子导体材料中仅有Sr Fe0.75Mo0.25O3-?（SFM）和Gd0.2Ce0.8O2-?（GDC）可作为双相陶瓷氢分离膜的电子导体相,且BZCY/SFM复合陶瓷膜的氢分离性能约为BZCY/GDC复合陶瓷膜的2～3倍;（2）“多孔BZCY/SFM55|致密BZCY/SFM55|多孔BZCY/SFM555”结构的BZCY/SFM55双相陶瓷膜的氢分离性能远低于预期,原因是多孔BZCY/SFM55在高温烧结后具有较低的催化活性;（3）采用Ni O/BZCY作为多孔支撑层,由于原位还原得到的金属Ni具有优异的催化活性,大幅提升了该复合膜的氢分离性能,在750℃下的氢分离速率达到了3.1 m L·cm-2·min-1,即使在500℃的低温下,氢分离速率仍高达2.8 m L·cm-2·min-1。其次,由于双相陶瓷膜氢分离的驱动力为氢浓度差,当原料气中氢浓度较低时无法完成氢气的分离提纯;而质子导体电化学氢泵氢分离的驱动力为外部电场,可以实现逆浓度梯度的可控高效氢分离。故采用“流延-层叠-热压-共烧结”的工艺路线制备了“多孔Ni O/BZCY|致密BZCY|多孔Ni O/BZCY”结构的质子导体电化学氢泵,对该电化学氢泵的还原处理条件进行了优化,阐明了还原温度对电极微结构与催化活性以及氢泵工作特性的影响,研究了该电化学氢泵在低浓度稀释氢中的氢分离回收能力;最后制备了“多孔Ni O/BZCY|致密BZY|多孔Ni O/BZY”结构的电化学氢泵,并研究了其在含CO2气氛下的氢分离回收性能。结果表明:（1）低温还原得到的Ni颗粒上含有大量孔径约70nm的纳米孔,这些纳米孔增大了金属镍对H2的解离和复合反应的催化活性,随着还原温度的升高,Ni颗粒上的纳米孔不断坍塌消失,Ni颗粒的烧结收缩使得Ni颗粒与BZCY颗粒之间的间隙逐渐增大,阻碍了Ni颗粒和BZCY颗粒之间的电荷转移反应;（2）低温还原的电化学氢泵的氢分离性能比高温还原的电化学氢泵提高了～6倍;（3）低温还原的电化学氢泵在500℃下从50%H2-50%N2混合气中分离纯氢的最大速率可以达到15.8 m L·cm-2·min-1,在氢分离过程的法拉第效率几乎为100%,所需能耗仅为1.62k Wh/m3 H2;（4）氢分离性能随原料侧氢浓度的降低而下降,从10%H2-90%N2的稀释氢中回收纯氢,HP500在500℃和1.62V工作条件下的氢分离速率为6.4 m L·cm-2·min-1,回收率为68%;从10%H2-90%CH4的稀释氢中回收纯氢,HP500在500℃和1.3V的工作条件下的氢分离速率为3.65 m L·cm-2·min-1,回收率为39%;（5）“多孔Ni O/BZCY|致密BZY|多孔Ni O/BZY”电化学氢泵可以实现H2-CO2混合气中的长期稳定氢分离和回收,在连续50h的氢分离测试过程中没有观察到显著的泵氢电压上升现象,测试后未见Ba CO3杂质相的生成。最后,采用“流延-层叠-热压-共烧结”的工艺路线制备了“多孔Ni O/BZCY|致密BZCY|多孔BZCY”骨架,利用湿化学浸渍法将Ba Gd0.8La0.2Co2O6-?（BGLC）纳米颗粒负载到多孔BZCY中得到质子导体单电池,研究了该电池的放电-电解特性。结果表明:（1）该单电池具有非常优异的放电特性,750℃下的最大输出功率密度为1.20W·cm-2,即使在500℃低温下仍然具有0.43W·cm-2的最大输出功率密度;（2）该电池具有非常优异的电解性能,施加1.3V的电解电压在500℃和700℃下的电解电流分别达到了0.28和1.22A·cm-2;（3）该电池展示了良好的“燃料电池-电解池”循环稳定性,性能在5个循环（累计50h）操作后几乎没有衰减。