PEM水电解器中阴极钛集电器、双极板的氢脆防护

目的作为空间站制氧装置的PEM水电解器在长时间运行中,阴极的钛集电器、双极板会发生"氢脆"导致接触电阻增大,水电解器能耗升高。为保证水电解器的稳定运行,需要对阴极的钛组件进行表面处理来提高防"氢脆"的能力。方法通过使用热分解法在钛集电器、双极板表面制作了铂防护层,使用等离子溅射法制作了表面覆盖有金薄层的金/钛双极板。结果阴极使用防氢脆处理的组件后,水电解器在1 A/cm2,80℃下连续运行3500 h后槽电压依然稳定,集电器与双极板均未出现"氢脆"现象。结论采用合适的方法在钛组件表面制作铂、金保护层能够有效的防止阴极钛组件的"氢脆"。

太阳能光伏-PEM水电解制氢直接耦合系统优化

利用水电解制氢进行氢储能是我国可再生能源弃电问题的解决方案之一。本文建立了太阳能光伏阵列与质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)水电解直接耦合系统的分析模型,研究耦合系统优化运行工况。结果表明,天气变化易导致直接耦合系统工作点偏离光伏最大功率点,引起耦合失配并降低太阳能利用率。通过匹配太阳能光伏阵列串并联结构和水电解器工作槽数进行“粗调”,改变PEM水电解器工作温度进行“精调”,可使直接耦合系统工作在最大功率点附近,使系统能量损失最小。本研究为太阳能光伏-PEM水电解氢储能直接耦合技术的运行策略和优化奠定了理论基础。

新型低成本PEM水电解槽的研制与测试

目的研制具有新型单体结构的低成本PEM水电解槽并分析其电解性能和长期稳定性。方法通过测试不同条件下电解槽的极化曲线,分析工作温度和组装压力对电解槽性能的影响;测试多单体电解槽在工作条件下的极化曲线、电解效率曲线以及不同电解单体的工作电压,分析多单体电解槽的长期稳定性。结果在1A·cm^-2的电流密度条件下,电解单槽在45℃时的电压值为1.846V;在6~6.5MPa的组装压力范围内,电解槽具有最优的电解性能;在45℃,1A·cm^-2的工作条件下,10单体电解槽的工作电压为18.43V,氢气产量为0.96nm^3/h,电解效率达到79.7%;与此同时,电解槽在该工作条件下工作600h,电解槽的工作电压增长速率为16.7μV·h^-2。结论基于新型单体结构的PEM水电解槽,在降低了制造成本和自身重量的前提下,具有良好的电解性能和长期稳定性,为PEM水电解槽的工程应用提供了极具参考价值的数据。

PEM水电解技术在航天上的应用现状与发展趋势

介绍了质子交换膜(PEM)水电解技术的特点及其在国内外航天领域的应用现状,在分析空间任务的发展趋势,以及能源、动力、环境控制与生命保障系统需求变化的基础上,认为在未来载人航天任务中,能源、动力、生保物质互用的解决方法是摆脱依赖地面支持、实现自主和可持续保障的最优途径,并指出了PEM水电解技术作为实现这一技术途径的关键环节所面临的挑战。

PEM水电解池反应特性参数的三维模型数值模拟

通过耦合电化学和传质物理场,建立了稳态、单相、三维质子交换膜(PEM)水电解池模型。讨论了不同形式的流场(平行、单通道蛇形、多通道蛇形和交指形流场)对电流密度分布、氧气浓度分布以及压力分布的影响,从而影响对水电解池的性能,并分析了在平行流场中化学计量数对水电解池性能的影响。结果表明,在相同的工况下,交指形流场的性能最差,平行流场的性能最好。同时,增大化学计量数可以明显提高质子交换膜水电解池的性能。

PEM电解水芯体电化学特性分析

目的研究PEMWEs芯体内电势、能耗和效率随电流密度、温度的变化关系。方法基于热力学和Butler-Volmer动力学方程建立电化学模型,利用Origin进行数据处理分析。结果计算结果与实验数据较好地吻合,相对误差小于5%。在80℃时,电流密度在0-2 A/cm^2范围内,电势最高达到1.9 V,效率由90%减小至65%。结论研究表明,阳极过电势占总电势的比重始终最大;膜电极组件的过电势降随电流增加的增大速度最快;电流密度和温度对电势和效率有较大影响。本文的工作对芯体的工况选择和工作特性分析有一定的指导作用。