Ru/Ce -Al催化剂的合成及其氨分解制氢性能与燃料电池应用评估

摘要

针对分布式供能系统对动态制氢速率的快速响应需求，通过沉淀-水热法制备了Ru/Ce-Al催化剂，解决氨分解制氢单元在变载工况下的动态稳定性难题。采用X射线衍射（XRD）、NH₃-TPD（程序升温脱附）及H₂-TPR（程序升温还原）等表征手段，揭示Al³⁺掺杂CeO₂与Ce/Al化学计量比对载体氧空位演化的系统调控机制，并考察其氨分解制氢性能。研究表明，Al³⁺掺杂诱导Ce-Al-O固溶体形成，通过强金属载体相互作用优化载体表面氧空位分布，促进活性金属钌（Ru）的分散。Ru/3Ce-Al催化剂在空速15 000 h^-1、525℃反应条件下实现93%的氨转化率，其宽温区（500～550℃）展现出的均衡反应性能，防止高温反应过快导致催化剂烧结，在100 h的实验中催化剂氨转换效率达91.8%。基于该催化剂构建氨氢燃料电池供能系统，在2 kW工况下，功率、电压和电流波动分别为2.3%、1.1%和0.6%;且在0.22 kW→0.45 kW→0.22 kW阶跃负载测试中，系统功率、电流均可快速响应，验证了其在复杂环境下的动态响应能力与运行稳定性。

关键词

催化剂 / 氨分解 / 燃料电池 / 分布式供能 / 动态响应

基金资助

山东省重点研发计划项目(2023ZLYS01); 国家重点研发计划(2022YFC3104200); 齐鲁工业大学(山东省科学院)科教产融合试点工程重大创新专项项目(2023HYZX01)