太陽能與固體氧化物電解池聯(lián)合制氫關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、高效、清潔的可持續(xù)能源是當(dāng)前能源研究的熱點(diǎn)。太陽能與固體氧化物電解池(SOEC)聯(lián)合制氫系統(tǒng)是一種高效、清潔的可持續(xù)能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。本論文主要圍繞SOEC的材料制備、電化學(xué)性能、可逆反應(yīng)（固體氧化物燃料電池，SOFC）以及與太陽能聯(lián)合制氫等方面展開研究。
　　1)基于傳統(tǒng)的SOEC和SOFC，設(shè)計(jì)并研究了一種新型、具有對稱電極結(jié)構(gòu)的SOEC與SOFC，深入研究了對稱電極結(jié)構(gòu)的SOEC/SOFC的基本原理。制備了新型電解質(zhì)材料NSDC

2、(Ce0.8Sm0.2O1.9-Na2CO3)以及選擇與之兼容性良好的電極材料NCAL(Ni0.8Co0.15Al0.05LiO2-δ)，進(jìn)一步制備了具有對稱電極結(jié)構(gòu)的單電池。SOEC模式下，解電壓為1.5V，T=823K時(shí)，電解電流密度達(dá)到0.376A/cm2。另一方面，在SOFC模式下，T=823K時(shí)，輸出功率密度達(dá)到0.804W/cm2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在SOEC和SOFC模式下，對稱電極結(jié)構(gòu)的單電池均表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能和對稱性

3、。
　　2)將電解質(zhì)材料NSDC和電極材料NCAL按一定的比例進(jìn)行混合，制備半導(dǎo)體離子型SOEC和SOFC。實(shí)驗(yàn)研究表明，在其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)相同時(shí)，混合材料(NSDC-NCAL(6∶4)制備的半導(dǎo)體離子型固體氧化物電解池的電解電流密度明顯高于純NSDC(NSDC-NCAL(10∶0)粉體材料制備的固體氧化物電解池。操作溫度越高、電解電流越大，制氫產(chǎn)率越高。此外，單電池在SOEC和SOFC模式下，半導(dǎo)體離子型單電池均表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性

4、能和對稱性。
　　3)研究了不同的電解質(zhì)材料NSDC和電極材料NCAL的組分比對半導(dǎo)體離子型SOEC和SOFC性能的影響。制備不同比例復(fù)合材料的單電池，分析了半導(dǎo)體材料NCAL材料電導(dǎo)率對單電池性能的影響。研究結(jié)果表明，在SOEC模式下，NSDC材料與NCAL的組分比為6∶4的電解池電化學(xué)性能最優(yōu)，最大電解電流密度達(dá)到0.712A/cm2。;在SOFC模式下，NSDC材料與NCAL的組分比為6∶4也為最優(yōu)，最大輸出功率達(dá)到1.07

5、1W/cm2。
　　4)在典型的SOEC制氫的基礎(chǔ)上，構(gòu)建碟式太陽能與SOEC聯(lián)合制氫系統(tǒng)。建立了太陽能、換熱器、SOEC的熱力學(xué)模型以及聯(lián)合制氫系統(tǒng)能效率和（火用）效率模型?；谒⒌臒崃W(xué)模型，重點(diǎn)研究了溫度與電流對SOEC性能的影響。研究表明:SOEC電解電勢隨著溫度的上升而下降;對于大電解電流密度，溫度影響能效率和火用效率非常明顯，對于低電流，電能過電勢沒有明顯的影響能效率和火用效率。最后，基于模型計(jì)算太陽能綜合利用系統(tǒng)