LSCF-GDC氧电极固体氧化物电堆高温蒸汽电解制氢性能研究

刘同乐 王 诚 付志强 王建龙 毛宗强 王蔚国



LSCF-GDC氧电极固体氧化物电堆高温蒸汽电解制氢性能研究

刘同乐1,2, 王 诚1, 付志强2, 王建龙1, 毛宗强1, 王蔚国3

（1. 清华大学 核能与新能源技术研究院, 北京 100084; 2.中国地质大学(北京)工程技术学院，北京 100083; 3.宁波材料科学与工程研究所, 浙江 宁波 315201)

为研究基于LSCF-GDC氧电极的固体氧化物电解池堆的电解性能，自制了30单元(10 cm×10 cm)的平板式电解电堆，通过改变固体氧化物电解池堆的操作温度、水蒸气含量、气体流量等条件，记录不同条件下电解的极化曲线。分析操作条件对高温电解水蒸气极化的影响，并计算电解制氢的系统效率。结果表明较高的温度、水蒸气含量、水蒸气流量，以及氧电极空气的通入有利于降低过电位；在800℃，通入6 L×min-190%湿度的氢气，电解电压为1.27 V时，系统效率达到最大值80.8%，此时电堆的产氢速率为4.57 L×min-1。

固体氧化物电解池； 电堆； 极化； 系统效率

1 前 言

制氢储能具有可持续、环保、长寿命和低成本的特性，被认为是极具潜力的未来新型大规模储能技术。在化石能源枯竭和环境恶化的背景下，通过可再生能源电力的电解制氢储能技术受到了欧美日发达国家的广泛关注[1~3]。作为一种重要的是制氢方式—电解水制氢，目前已经发展了三种基于不同电解质种类的电解装置，分别是碱性电解池(Alkaline Electrolysis Cell，AEC)、固体聚合物电解池(Solid Polymer Electrolyzer，SPE)以及固体氧化物电解池(Solid Oxide Electrolysis Cell，SOEC)。与低温电解装置(AEC、SPE)相比，高温的SOEC系统制氢效率是碱性电解池的2倍多，是质子交换膜电解池的1.5倍左右[4]。……