电解水制氢的固体高分子电解质

<正> 1982年,日本采用了新型高温、高压碱性电解水新技术,建成了制氢能力为20米~3/时的电解水制氢的实验装置。该装置的电解槽是由具有双面催化电极的阳离子交换膜电极和供电体组成。当电解槽的阳极室内注入纯水,接通电流后,在阳极产生     

太阳电池电解水制氢用阳极催化膜-铁镍氧化物的研究

报道了采用对靶磁控溅射法制备的铁镍氧化物薄膜的其光电特性和结构与氧氩比之间的关系:氧气含量在20%~1%的范围内改变时,获得材料的电阻率为102~103Ω.cm;反应室中氧气含量较高(20%)时,材料的晶化强度较小,过电势有所降低,电流密度为10mA/cm2时过电位为321mV。     

基于新能源发电的电解水制氢直流电源研究

利用新能源发电进行电解水制氢是实现新能源就地消纳和氢能利用的重要途径,以匹配电解水制氢工作特性的制氢电源为研究对象,通过分析质子交换膜电解槽电解电流、温度与电解槽端口电压、能量效率、制氢速度之间的关系,得出制氢电源需具备输出低电流纹波、输出大电流、宽范围电压输出的特性。为满足新能源电解制氢系统需求,提出一种基于Y型三相交错并联LLC拓扑结构的制氢电源方案,该方案谐振腔三相交错并联输出,满足电解槽大电流低纹波工作特性,并采用脉冲频率控制实现谐振软开关,提高变换效率。最后,搭建仿真模型和6 kW模块化实验样机,验证所提出方案的合理性与可行性。     

太阳能驱动的固体氧化物电解池制氢系统性能研究

采用太阳能驱动电解水制氢是实现将太阳能转换为氢能来存储的最佳方式。该文提出一种采用光伏、光热协同驱动固体氧化物电解池（SOEC）进行高温蒸汽电解的制氢系统。建立各子系统数学模型,选取北京地区夏至日气象参数,分析太阳辐照度对制氢系统的性能影响,最后对整个系统进行能量及火用分析。结果表明,电流密度和温度是影响SOEC工作的重要因素。在电流密度较大的情况下升高温度,将有利于提高电解效率。耦合太阳能后系统最大能量及火用效率分别达到19.1%和20.3%。火用分析结果表明系统最大有用功损失发生在光电转换过程,火用损比例为87%。提升光电效率,将成为提高太阳能-氢能转换效率的关键。     

管式固体氧化物燃料电池的数值模拟

通过耦合速度场、温度场、电势场和组分浓度场，建立了以纯氢气为燃料的管式固体氧化物燃料电池（SOFC）数学模型，并对西门子．西屋公司阴极支撑型（AES）管式SOFC进行了轴向二维模拟。模拟结果表明，组分浓度和电流密度的分布与SOFC的运行工况密切相关。在所模拟的电压范围内，欧姆极化起主要作用，提高固体氧化物燃料电池的平均工作温度、改善多孔电极的微观结构、使用纯氧代替空气作为氧化剂可改善电池性能。图8参10     

固体氧化物燃料电池系统的模拟及优化

以第三代燃料电池——固体氧化物燃料电池为研究对象,基于德国西门子新型固体氧化物燃料电池技术,选用内外燃料重整相互结合的设计方式,对第三代固体氧化物燃料电池系统进行研究.将系统输入火用效率、能量利用率、燃料利用率及燃料电池的进出口温度作为评价指标,对设计工况为5 kW电效率的系统做出深入分析与进一步优化.与最初5 kW工...     

平板状固体氧化物燃料电池的数值模拟

利用流体力学计算软件FLUENT建立平板状固体氧化物燃料电池（SOFC）三维数值模型，研究在不同操作条件和支撑形式下，活化极化、欧姆极化、浓度极化对SOFC性能的影响。在多孔电极中的气体流动符合达西定律的前提下，为满足不同的多孔电极设计，综合考虑了摩尔扩散和Knudsen扩散。另外还考虑了电池电化学反应热对欧姆极化的影响。分析结果表明，阴极和阳极支撑固体氧化物燃料电池具有较低的操作温度和较好的输出特性。     

太阳能光伏电解水制氢的实验研究

基于光生伏打效应和电解水制氢原理,设计出太阳能光伏电解水制氢装置并进行了实验研究。实验系统由太阳能光伏板、蓄电池、电解槽、氢气测量与收集装置和控制器等组成。该系统白天由太阳能光伏供电,蓄电池将多余电量保存;晚上由市电和蓄电联合供电。实验结果表明,电解液KOH浓度为30%时最为理想,此时单晶硅太阳能板的光电转换效率为17.5%,电解水制氢装置的电流效率为99.18%。     

固体氧化物燃料电池_燃气轮机混合动力系统的热力学分析

以底层固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统(SOFC-GT)为研究对象,建立了模块化的仿真模型,并利用试验数据对仿真模型进行了验证。利用仿真模型研究了不同煤化气及生物质气为燃料时系统及主要部件的热力学性能,分析了燃料成分对系统性能的影响。结果表明,燃料中CH4及CO的含量对系统性能的影响较大。虽然SOFC的效率远高于常规热机,但其仍是系统中火用损最大的部件。     

高温燃料电池—固体氧化物燃料电池（SOFC）

燃料电池是一种直接把燃料的化学能转变为电和热的电化装置,无需经过燃烧这一中间环节。与其它发电装置相比,转化效率达到60％左右,部分负荷时的效率也高;具有积木式结构,场地限制性小以及污染小等优点,是一种清洁发电方式;与风能、太阳能等发电方式相比,又具有较高的能量密度特点。其运行温度超过600℃,产生高品位的蒸汽,可用于热电并供或底部循环。但也存在着材料、耐腐蚀、寿命周期、制造等技术难题。日前高温燃料电池主要有熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。本文将主要叙述固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell——SOFC)的发展现状,运行原理及其应用。     

固体氧化物燃料电池三维模拟与性能分析

建立了平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池的三维数学模型,通过耦合电化学动力学和流体动力学模拟了电池的传热传质等传输现象。采用有限容积法计算了质量、动量、组分与能量守恒方程。研究给出了同向流与反向流情况下电流度密度、电压与功率密度分布。结果显示在同向流情况下,电池的最大功率密度较大,温度分布较均匀合理。进一步研究表明多孔电极结构参数（孔隙率、曲折因子与孔径尺寸）对电池性能有十分重要的影响。比较计算的极化性能与文献的实验数据,结果表明两者吻合的较好。     

基于界面工程的自支撑催化电极用于电解水制氢

氢能作为战略性产业,是未来国家能源体系的重要组成部分,为终端用户提供绿色低碳的能源载体。利用电解水制氢过程,有利于消纳大规模可再生清洁能源,促进国家能源结构调整。为了满足大规模、高效率、长寿命的电解水装备需求,亟需将界面工程原理与宏量放大工艺相结合,推动纳米技术走向产业化。本综述归纳界面工程研究现状,针对自支撑催化电极应用,以增强电极的稳定性与电催化活性为目标,重点介绍自支撑催化电极的微观结构调控方法,阐明3种催化界面（催化剂-基底界面、催化剂内部界面、催化电极-电解液界面）的调控策略,以及工程放大与宏量制备技术。在此基础上,指明高性能、高稳定的自支撑催化电极未来的研究方向。     

碱性电解水制氢镍合金阴极材料的研究进展

氢能是一种高效、洁净的二次能源，电解水是实现大规模制氢的重要手段。镍合金作为碱性电解水阴极有着价格低廉、析氢过电位低的特性。文章就其合成方法、析氢反应催化性能、反应机理做了简要的评叙和分析。     

二氧化钛电极太阳光助电解水制氢的研究

用简易的液化石油气灼烧钛片法制备了多晶n-TiO_2。在光照电解水制氢体系中,探讨了这种制备法及氩氛下电极材料热处理对光响应的作用。     

光伏耦合电解水制氢系统的建模与仿真

目的  提出了一种光伏耦合电解水制氢系统建模的方式,特别是单独搭建了电解槽模块,目的是为了解决电解槽仿真模块与其他系统仿真模块模拟信号不统一和无法联动的问题。电解槽是光伏耦合电解水制氢系统中的关键设备,以往对于电解槽的模型仿真多是基于电化学理论基础,利用信号模型方式建立,这使电解槽与其他电力组件连接时产生了信号传递方式不统一、建模复杂等问题。 方法  为了解决这一问题,提出了利用等效电阻模拟电解槽电气外特性的方法。通过对已知电解槽的工作特性曲线拟合,得到了电解槽工作电流与阻抗的关系式。电解槽等效电阻的信息继承自拟合曲线,并作为负载接入到系统当中。当系统电源产生波动时,电解槽仿真模块可根据系统工况调节负载大小,做到与系统电源联动。 结果  仿真结果表明：所搭建的光伏耦合电解水制氢系统可以根据输入光照信息,准确预测产氢量,并可随光伏电源波动调整负载大小,拟合结果残差值≤±0.2。 结论  此方法简化了光伏耦合电解水制氢仿真系统,统一了仿真信号,并且形成了模块化的仿真组件,方便系统的扩展。仿真输出结果符合电解槽运行实际,达到了预期目标,证明了本仿真方法的可行性。     

板式固体氧化物燃料电池的数值模拟与动态性能分析

为更好地了解单电池内复杂的气相流动结构、质量平衡及能量守恒,运用COMSOL软件建立用于数值模拟的固体氧化物燃料电池仿真模型。通过该模型分析电池阳极和阴极内反应气体的质量和浓度的变化、内部压力分布等情况,从而得到单电池内电流分布与反应气体浓度的动态变化关系,更准确地获得电池内部电流场的分布,为电池结构设计的优化、控制参数的确定提供依据。     

PEM电解水制氢技术的研究现状与应用展望

基于4种电解水制氢技术性能的差异和优劣,对PEM电解槽的膜电极、多孔传输层、双极板的研究现状进行总结并展望,最后结合PEM电解水制氢技术的优势,分析该技术成本发展趋势并展望该技术的应用场景和发展方向。     

基于固体氧化物燃料电池的高效清洁发电系统

  目的  固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种尖端技术,可通过电化学反应将碳氢燃料中的化学能转化为电和热,具有燃料来源广、发电效率高、余热品质高、运行安静、排放低、可模块化安装等优点,是实现化石能源高效清洁利用的有效途径之一。  方法  文章阐释了SOFC发电原理,介绍了国内外SOFC技术和产业化现状,分析了基于SOFC的分布式热电联供、联合循环发电以及煤气化燃料电池发电技术（IGFC）新一代发电系统应用场景。  结果  通过燃料电池发电技术路线和产业化现状研究,浅析了目前存在的问题,并结合我国资源禀赋和对高效清洁发电装置的市场需求,对该领域的未来发展趋势进行了展望。  结论  对比国内外在SOFC领域的技术差距,基于国内在SOFC电堆核心材料方面的优势,加大对SOFC系统集成技术攻关,为新一代以高温燃料电池为核心的清洁高效发电产业奠定基础。     

质子交换膜电解水制氢技术在电厂的应用

质子交换膜(PEM)电解水制氢技术具有工作电流密度高,电解效率高,反应无污染、质量轻、结构紧凑等优点,该技术的小型电解水制氢设备在发电厂氢冷发电机组领域具有广泛的应用前景。首先介绍了PEM电解水制氢技术的工作原理及技术优势,通过与碱性电解水制氢技术方案的定量结果进行对比,分析了PEM电解技术在电厂氢冷发电机组方面应用的技术方案、设备组成及经济可行性,进一步展望了PEM电解水技术在电厂及其他民用领域的发展前景。     

电解水制氢在电厂和氢能项目的设计应用

  目的  电解水制氢技术已普遍应用于燃煤电厂、燃气电厂和核电厂,也将更多地应用于可再生能源发电厂配套的氢能项目,有必要对制氢系统设计方案进行探讨。  方法  以某燃煤电厂和风力发电及太阳光伏发电厂配套氢能项目为例,依据相关标准规范的设计规定,阐述了相应的电解水制氢系统设计方案。  结果  碱性电解水制氢技术成熟、安全可靠,能为电厂氢冷发电机、加氢站和氢气用户持续提供满足纯度、湿度要求的氢气。  结论  文章旨在为更多电厂和氢能项目电解水制氢系统的设计提供可参考的方案。