固体氧化物电解水制氢系统效率

电解水与高效清洁一次能源耦合制氢,是理想的大规模制氢技术。该文建立了电解水制氢系统效率评估模型,并通过该模型对碱性、固体聚合物电解池(SPE)及固体氧化物电解池(SOEC)制氢系统总制氢效率进行了计算与分析。碱性制氢系统电解效率与总制氢效率均较低,分别为56%和25%;SPE制氢系统电解效率虽有提高约76%,但其总制氢效率仍较低约35%;而SOEC制氢系统电解效率可达90%以上,总制氢效率高达55%,分别是SPE与碱性制氢系统的1.5和2倍。高温气冷堆耦合的SOEC电解制氢系统是目前已知总制氢效率最高的大规模制氢系统。     

固体氧化物电解池技术应用研究进展

 固体氧化物电解池（SOEC）是固体氧化物燃料电池（SOFC）的逆运行装置。利用SOEC高温电解水制氢具有高效节能的优点,是目前新能源技术领域的研究热点之一。总体上看,国内SOEC 技术应用研究水平相较国外仍然有很大差距。本文综述了SOEC 的基本原理以及国内外应用研究的历程及发展现状。     

固体氧化物电解池结构对其性能的影响研究

固体氧化物电解池(SOEC)能利用可再生能源发电电能高效地将水和二氧化碳转化为氢气和一氧化碳等燃料,同时具有高效、低成本、规模易控等优点,被认为是最有前景的储能方式.固体氧化物电解池结构变化会对电解池导电性能产生影响,同时,显著影响电解池内部的气体传输和传热过程,对电解池性能优化十分重要.为探究结构组成对固体氧化物电解池性能的影响,本文建立了一个固体氧化物电解池共电解水和二氧化碳的三维模型,分析加入阳极气体扩散层(AGDL)和金属泡沫流场对电解池极化曲线、过电势和气体分布等的影响.分析结果表明:相比于没有AGDL的电解池,加入AGDL可以改善脊下气体在催化层和流道之间的传输,同时增大电子传输横截面积,从而减小可逆电压和欧姆过电势.随着AGDL厚度增加,电解池性能改善幅度逐渐变小.将普通流场替换成金属泡沫流场可通过改善流场和多孔电极的气体传输,降低电解电压和提高电解效率.增加阳极泡沫厚度可以在一定程度上改善SOEC性能.而两极均采用金属泡沫流场,由于阳极金属泡沫避免了脊下多孔介质中的氧气积聚,可以进一步提高电解池性能,但性能提升相对较小.     

高温气冷堆耦合高温电解规模化制氢系统仿真

随着能源体系变革，氢能在能源系统中发挥着越来越重要的作用，绿色化、低碳化制氢技术日益受到关注。高温气冷堆耦合高温电解制氢技术是一种具有潜力的零碳排大规模绿氢制备技术。该文提出了热功率为250MW,氦气出口温度分别为750和950℃的高温气冷堆与高温电解制氢系统的耦合策略，建立了全流程ASPEN仿真模型，并分析了系统热电比对制氢产能和能耗的影响规律，据此评估并探讨了制氢成本及成本降低策略。结果表明：750和950℃制氢系统的最大氢产能分别为28108和35160m³/h。在最大氢产能下，750℃制氢系统的耗电量和耗热量分别为3.73和0.49kW·h/m³,总能量转化效率为40.1%;950℃制氢系统的耗电量和耗热量分别为3.11和0.56kW·h/m³,总能量转化效率为50.2%。提升电解制氢模块的电流密度可显著降低制氢成本，电解模块阳极耦合制备油品等高附加值化工品一方面可以分摊制氢成本，另一方面可以拓展核能高温电解应用场景。     

电化学阴极制氢耦合阳极废水污染物降解的研究进展

电解水制氢是一种绿色制氢技术，但其能源效率受到阳极析氧反应(OER)动力学的限制。针对这一问题，系统总结和论述了一种将电化学制氢与治污耦合来降低能耗的系统，该系统的优势是以阳极氧化污染物取代OER反应，在降低电解水制氢能耗的同时实现污染物的处理，达到制氢与治污的有机结合。论述了制氢和治污耦合系统中的电解槽设计对耦合反应的关键作用，设计合理的电解槽有利于获得更高的制氢和治污效率；开发性能稳定的电极材料是实现高效制氢与治污耦合的另一关键方面，镍基、钴基、铜基材料及它们的复合材料都被作为电极材料用于电催化制氢和治污耦合系统，以提高系统的稳定性和制氢及有机污染物降解的效率；醇类、酚类、醛类、尿素、肼、胺等有机物及液氨和含硫化合物等都被用于与制氢结合构成制氢和治污的耦合体系，这些物质的加入可以提高系统的电子利用率、防止O₂/H₂混合，不仅可以实现绿色产氢，还能够在制氢的同时降解污染物甚至生成更高附加值的化学品。对有机物去除耦合电解水制氢系统的影响因素、反应机理和存在问题等进行了深入分析，以期为电解水制氢与治污耦合系统的研究和应用提供一定的理论依据，并对...     

SOEC阳极浓差过电势的影响因素

该文基于电荷传输与质量传递过程,充分考虑三相界面的影响因素,改进了原有的固体氧化物电解池(SOEC)阳极浓差过电势模型,所建立的新模型获得了实验验证。根据阳极结构参数及电解池运行条件,对阳极浓差过电势的影响进行了系统分析。研究表明:增大阳极孔隙率和孔径,增大阳极表面的氧分压都能够减小阳极浓差过电势,而增加扩散层厚度则不能降低阳极浓差过电势。     

核能制氢的效率分析

氢气的高效、清洁、大规模制备方法是发展氢能经济的基础,现有制氢技术难以满足这些需要。核能制氢作为一种有前景的大规模制氢方法,受到广泛研究。利用核能作为一次能源,对利用高温电解和碘硫循环两种工艺进行大规模制氢的热氢转换效率进行了估算及总结,并与目前工业应用的甲烷重整制氢与水电解制氢方法的效率进行了比较。研究结果表明,碘硫循环和高温电解的预期效率均可达到50%以上,显著高于从热到电再到氢的转换效率。     

高效质子交换膜电解水制氢技术研究进展

从技术原理、研究进展、系统集成和经济性分析四个方面阐述了质子交换膜电解水制氢技术(PEMWE)的研究进展与发展前景．介绍了PEM电解水制氢技术中阴极和阳极的化学反应及影响条件．分别从质子交换膜的结构优化、PEM阳极催化剂的选型、膜电极的结构优化及制备、双极板的性能提升及表面改进、电解池传热传质及流场结构等方面进行了总结．系统集成主要着眼于电解池的动态响应特性和与可再生能源的结合,最后对PEM电解池进行了经济性分析．助力推进质子交换膜电解池研究和技术的进步．     

光伏电解水制备高纯氢气

文章报道了一种运用单晶硅太阳电池组件电解水生产实验室应用的超纯氢 ( 99.999% )的试验系统。通过太阳电池组件同电解池工作特性的优化匹配设计 ,系统光电化学 ( PEC)转换效率 ηPEC( =ηph otovoltaic* ηelectrolysis) >6%。     

基于海洋能的淡-氢联供系统方案及仿真模拟

 能耗与淡水资源是制约电解水制氢发展的瓶颈问题，利用海洋能发电来制取淡水及氢气，是实现海能海用、海洋效益最大化的重要途经之一。提出一种潮流能发电制取淡水和氢气的集成技术方案。海水淡化后首先满足生活需求，冗余的淡水用于电解制氢。为验证系统方案的可行性，建立了系统模型并进行了仿真和部分试验验证，重点对发电装备的能量控制策略和制氢单元的高效能控制方法进行了研究，以60 kW潮流能发电机组单机系统为例，仿真结果表明，基于潮流能发电的制淡制氢系统具有较好的稳定性且理论上可日产淡水约90 t，同时制取氢气约55 Nm³。     

电解水在医疗保健中的功能

你知道电解水吗? 近年来日本和我国台湾流行电解水,它有两种,一种由电解池阴极出来的为碱性离子水,作为饮用水;另一种由电解池阳极出来的为酸性离子水,用于美容、洗浴。这两种水的特点是水分子团小、活性高、溶解性和     

水下航行器舱室内SPE水电解氧气再生技术研究

水下航行器舱室内氧气的供应是保证航员正常生活的一大关键问题.根据航行器空间环境的需氧量及相对丰富的水资源设计建立了SPE水电解氧气再生系统来为航员提供氧气.系统经过40 d的运行,结果表明,电解池稳定时,其工作温度稳定在61℃,工作电压稳定在334.2 V,电解电流稳定在886.3 A,这证明电解池工作性能良好.系统氧气产量可达1 976 L/h,体积分数为99.7%,能够满足水下航行器舱室内80名左右航员的氧气需求.     

二氧化钛电极光电解水制氢时电解池操作条件的研究

一、引言自从利用半导体电极光电解水制氢发现以来,在制备各种半导体电极并测试其性能方面,已作了相当广泛的研究,但对光电解池操作条件的研究却报道较少.A.J.Nozik 曾以单晶TiO_2为光阳极、以强紫外光作光源、在单室电解池中,研究了外加偏压、电解池内阻及光强等对光能转换效率的影响.K.Miyatani 等观察到阴极和阳极的面积比小于10时光电流较小,而大于10时光电流虽然较大,阴极却得不到氢气,但氢气产量和阴极而积之间的定量关系未曾测定.由这些工作看来,我们认为与单纯由光能得到电能的PG 电池不同.对于光能转换为化学能的PEC 电池来说,为了得到尽可能多的光电解产物——氢(即     

乙二胺改性石墨烯载铂催化剂的制备及其电解水制氢的研究

采用乙二胺对氧化石墨烯(GO)进行功能化改性,利用傅里叶变换全反射红外光谱 (ATR FT-IR)、X射线光电子能谱 (XPS) 和透射电镜 (TEM)等测试手段对氧化石墨烯功能化前后的结构进行了定性和定量分析,结果表明功能化石墨烯(FG)中成功的引入了乙二胺。利用功能化石墨烯作为催化剂载体,制备了功能化石墨烯载铂催化剂(Pt/RFG),与商业碳载铂催化剂(Pt/C)进行对比,结果发现铂颗粒在RFG上具有良好的分散性,且平均粒径较小。将这两种催化剂样品分别与全氟磺酸树脂混合制成膜电极,应用于固体聚合物电解水制氢技术,测试其电解去离子水时的电流密度及产氢速率,其中含有Pt/RFG的膜电极电解效率较高,产氢速率可达到2.96 mL/(min·cm²)。     

基于Fluent的水电解槽电场数值模拟

为探究电解水制氢电解槽内部各组分对电解效率的影响,得到电解槽的内部电场分布,对水电解的电化学理论进行了研究,利用Fluent软件建立了作为堆栈水电解槽的单槽全尺寸、流体通道模型,对建立的模型仿真模拟,得到其电压密度、电流密度分布云图,并对结果进行分析.分析发现:氢气首先产生于阴极催化层,主要集中于扩散层,再逐渐扩散至流体通道,经流体通道传输至水电解槽外部.同一流通平面上氢气质量分数与该处电流密度成正比,其中阴极电极与扩散层接触区域附近电流密度最大,且该处区域氢气质量分数达到最大值.该研究为提高水电解制氢效率、进行电解槽的结构设计提供参考.     

大规模海上风电的非并网多元化应用研究——变海上风电场输电上岸为直接输产品上岸的探索

针对海上风电大规模发展成本高、并网难、故障概率高的瓶颈，提出了一种海上大规模风电非并网多元化应用系统。该系统突破海上大规模风电并网的单一应用模式，通过必要的技术创新与集成，将大规模海上风电与高载能产业（如海水淡化、电解水制氢和电解铝等）直接耦合形成一个完整的新系统，变海上风电场输电上岸为直接输产品上岸，不仅破解了大规模、超大规模海上风电应用难题，而且大幅度节省海上风电场投资成本，提高了风电利用效率，具有十分重要的现实和战略意义。     

面向能源转型的化石能源与可再生能源制氢技术进展

氢能是来源丰富、绿色低碳和应用广泛的二次能源,正逐步成为未来能源绿色转型发展的重要载体之一,是现有能源形式的有益补充,也是未来能源体系的重要组成部分。该文介绍了清华大学能源与动力工程系在制氢领域取得的基础研究和应用开发的系列成果。在碳氢燃料重整领域,合成了烧绿石负载型重整通用催化剂,开发了全系列重整制氢样机;在中温氢气净化领域,提出了中温净化新途径并合成了覆盖全温区的氮基活性炭疏水吸附剂及水滑石基吸附剂,完成了中温变压吸附H₂/CO₂分离技术示范;在可再生能源电解领域,依托固体氧化物电解池实现了二氧化碳与水共电解制取燃料、升高反应温度以降低水理论分解电压,从而缩减了碱水电解能耗。发展制氢技术是氢能燃料电池产业的首要技术环节,有助于推进未来能源利用方式变革,是构建低碳、安全和高效现代能源体系的重要举措。     

天然气制氢的园区综合能源系统氢储能优化配置

在我国致力于实现碳达峰、碳中和的要求下,氢能因具有零碳排高热值的特点,氢能产业发展成为我国未来发展的重要目标。针对电解水制氢储能的工业园区综合能源系统能量转换效率不高、制氢量少、经济效益低的特点以及国家对氢能发展大规模低成本制氢的需要,提出了一种以天然气制氢模式代替电解槽制氢的氢储能园区综合能源系统架构。在分析天然气水蒸气重整制氢单元的能耗与能量回收利用以及氢储能单元电、热、气多种能量特性的基础上,建立了天然气制氢储能的氢储能模型;进一步考虑设备投资成本、运行成本、碳排放价格以及制氢效益,以年化投资成本最小与年运行收益最大为目标建立目标函数,利用快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行求解,提出了以天然气制氢储能的园区综合能源系统氢储能优化配置模型。最后以新疆某园区为实际算例分析了园区配置氢储能后电源、电负荷、热负荷特性,运行经济效益以及天然气价格与碳排放价格对配置的影响,验证了通过配置天然气制氢的氢储能提升园区综合能源系统制氢量与运行收益的可行性,并指出了适用场景。     

中温固体氧化物电解池氧电极材料性能

钙钛矿结构ABO3型氧化物Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)具备优异的氧催化活性与透氧性能,是SOFC中常用的阴极材料。在此基础上,本研究尝试将BSCF直接用于SOEC中,为验证此方式是否可行,本研究制备了阴极材料并对其进行了XRD及SEM测试,煅烧后的BSCF粉体已成相且结构疏松多孔,满足SOEC对氧电极的要求,组装了单电池(NiO-SDC)|YSZ|BSCF进行测试,在电化学工作站800℃的测试温度下,SOEC的极化电阻约为1.80Ω·cm2;开路电压为1.01V;在1.5V电压下电解电流密度为0.175A·cm-2;由此计算得出其产氢速率为73.15mL·cm-2h。因此BSCF是SOEC中一种良好的氧电极材料。     

电解海水阴极析氢非贵金属电催化剂研究进展

氢能具有高能量密度、绿色可持续的优点,是人类社会的理想能源。电解海水制氢是未来氢能产业的战略方向,其中阴极析氢催化剂的活性和稳定性对电解海水制氢的发展至关重要。贵金属铂虽具备优异的析氢催化性能,但价格昂贵、资源有限,限制了其大规模应用。因此,对非贵金属催化剂的研究备受关注。从析氢反应原理入手,介绍了过电位、塔菲尔斜率、法拉第效率、比活性和质量活性等评价催化性能的几个重要参数,综述分析了多种非贵金属催化剂作为电解海水制氢阴极催化剂的研究现状,指出了目前电解海水制氢面临的问题,认为未来非贵金属催化剂规模化电解海水阴极析氢研究应从以下几方面开展：1）设计高活性和稳定性的非贵金属催化剂;2）优化非贵金属催化剂的制备工艺;3）利用先进测试表征手段辅助构建反应模型;4）深化理论计算机理方面的研究。