近日，我所碳资源小分子与氢能利用创新特区研究组(19T3组)李慧研究员和复合氢化物材料化学研究组(1901组)陈萍研究员、柳林副研究员团队合作，开发了高性能指型和空隙结构不锈钢钯复合膜，可满足燃料电池氢源快速启动的要求；将该不锈钢钯复合膜用于氨分解膜反应器制氢，氨分解完全转化温度显著降低。
用于氢气分离的金属钯膜分离具有小型、静音、紧凑的优点，属于燃料电池氢源关键技术，可与液态阳光燃料（如甲醇重整或氨分解等）相结合，实现氢气的“现产现用”。液态燃料制氢耦合钯膜纯化技术可以解决氢气的储运和安全难题，在通讯基站电源、液态阳光加氢站现场制氢、氢能重卡以及无人机等领域有广泛的应用前景。与陶瓷钯复合膜相比，不锈钢钯复合膜具有机械强度大、简单密封等优点，可满足小型移动应用领域的需求。
针对高性能不锈钢钯复合膜开发的难题，该研究团队首次提出指型加空隙结构的不锈钢钯复合膜设计，可以保证在快速升降温过程中金属钯膜的自由伸缩，并避免不锈钢基底与金属钯膜接触造成膜结构的破坏。该新构型不锈钢钯复合膜能实现连续2000 h的长期稳定运行，而且在模拟燃料电池使用条件下实现了多个快速升降温循环，满足燃料电池氢源快速响应的要求。另外，空隙结构显著降低了多孔载体的渗透阻力，透氢速率达到2.1E-6 mol/（m2*s*Pa），H2/N2选择性达到16000。将高性能指型不锈钢钯复合膜与高效氨分解催化剂Ru/MgO相结合，形成膜反应器，可将氨分解的完全分解温度从文献中的748 K以上降低到673 K（氨分解转化率为99.8%），且实现200 h连续稳定运行，表明该膜反应器具备一定的车载应用潜力。
此前，针对钯复合膜产业化应用中的关键问题，该研究团队提出缺陷原位修复新路线，开发多项钯复合膜制备新技术，并系统研究合成气成分对钯膜透氢性能的影响，受邀撰写了2篇综述(J. Mater. Chem.A，2016，4，14069；Chem. Eng. Sci.，2015，127，401)。本研究团队于2019年在张家港产研院率先建成规模化(MW级)不锈钢钯复合膜产线，成本仅为国外同类不锈钢钯复合膜的1/10，目前已实现甲醇重整、钯膜纯化与氢氧燃料电池的10 kw系统集成测试，以及液态阳光加氢站的产氢技术示范（20 kg/d）。
相关成果以全文形式发表于《化学工程杂志》（Chem. Eng. J.）。该工作得到中科院（结题优秀）、国家自然科学基金、科技部重点领域创新团队和中科院卢嘉锡国际团队项目的支持。（文/图 李慧、柳林）
