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。     

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。     

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...     

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%。     

混合电导钙钛矿材料高温电化学应用前沿

 混合电导钙钛矿陶瓷材料可广泛应用于固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解池和透氧膜等高温电化学器件,在能源转化、利用及存储领域展现出诱人的应用前景。综述了混合电导钙钛矿材料的结构、性质及应用现状,总结了现阶段研究的热点难点问题,并展望了未来发展趋势。     

金刚石电极在电解水制氢中的应用

掺杂金刚石电极电势窗宽,用于电解水制氢,产氢率高,电极有很强的防腐功能,可以进行电解法污水处理,结合太阳能电池、燃料电池可以构成绿色能源环保系统.     

电解制备过硫酸铵所用阳离子交换膜的实验研究

不同槽电压与电解液流量条件下,对HDGN膜、HDCMI膜、HDNAF膜与HDJCM膜4种全氟磺酸型阳离子交换膜在电解制备过硫酸铵中的电解性能进行实验研究,以提高其电流效率并降低电耗。实验采用自制电解槽,以烧结镀铂钛极板作为阳极,铅锑锡合金作为阴极,实验结果表明：在最优工况下HDGN膜可以将电流效率提高至95％,电耗降低至1 113 kW·h/t（生产每t过硫酸铵的电耗）;HDCMI膜、HDNAF膜与HDJCM膜的最高电流效率分别可以达到73%、78%与81%,所对应的最低电耗分别为1 770 kW·h/t、1 506 kW·h/t与1 305 kW·h/t。并且HDGN膜由于含有增强网布,从而具备足够的机械强度。因此,在电解制备过硫酸铵生产过程中HDGN膜具有良好的工业化应用前景。     

燃料电池汽车能耗、排放与经济性评估

针对电解水制氢路径,深入讨论不同发电方式对燃料电池汽车全生命周期的影响;对不同发电方式下电解水制氢路径的燃料电池汽车采用GREET软件进行能耗、排放、环境影响和替代效益的建模及仿真计算;对不同发电制氢路径的燃料电池汽车综合成本进行计算和分析.结果表明,风能发电电解水制氢路径的能耗和排放最低,对环境最为友好,且经济效益相对较高,是目前实现绿色、高效使用燃料电池汽车的最可行路径.     

含钛复合矿选择性提取制备钛合金

采用固体透氧膜（solid oxygen-ion membrane,SOM）熔盐电解法,对含钛复合矿直接脱氧并选择性提取钛合金.经过X-射线衍射（X-ray diffraction, XRD）、扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）和能量分数X-射线（energy dispersive X ray, EDX）分析,结果表明：从含钛高炉渣中可以直接提取出Ti5Si3合金粉末,并可有效去除金属杂质Ca,Mg,Al;从钛铁矿中可以直接提取出TiFex合金.最后,对电解脱氧过程进行讨论分析.     

铝电解生产过程的多目标优化

针对某铝厂铝电解生产过程中的摩尔比、电解温度和极距难以根据不同工况进行实时调整,无法达到期望综合生产目标的问题,提出以电流效率最高、槽电压最低为优化目标,以氧化铝浓度指标和生产工艺要求为约束条件的基本优化思想.首先采用多元线性回归与改进BP神经网络方法,建立铝电解生产过程非线性不等式约束的多目标优化模型;然后,采用比例加权系数法与广义简约梯度组合算法求解多目标优化问题,获得摩尔比、电解温度和极距的优化设定值.研究结果表明,在工况正常时,模型优化结果的相对误差在5％左右;工况异常时,模型优化结果的相对误差在10％以内;本文所用方法的优化精度较高,基于实际生产数据的仿真结果的有效率都在90％以上,在工况正常情况下可以达到97％,此结果能很好地满足企业的要求.     

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...