SOEC阳极浓差过电势的影响因素VIP专享VIP免费

—ISSN10—00-0054清华大学学报(自然科学版)2015年第55卷第2期CN11-2223／NJTsinghuaUniv(Sci&Techno1)，2015，Vo1．55，No．2SOEC阳极浓差过电势的影响因素王靖，张勇，邓长生(清华大学核能与新能源研究院，新型陶瓷和精细工艺国家重点实验室，北京100084)摘要：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(s0Ec)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。关键词：固体氧化物电解池(SOEC)；阳极；浓差过电势中图分类号：TG174．75文献标志码：A文章编号：1000—0054(20l5)02—0203—05Factorsinfluencinganodec0ncentrationOVerp0tentialsinSOECWANGding，ZHANGYong，DENGChangsheng(StateKeyLaboratoryofNewCeramicsandFineProcessing，InstituteofNuclearandNewEnergyTechnology，TsinghuaUniversity，BeUing100084，China)Abstract：Thechargetransferandmasstransfermechanismsinsolidoxideelectrolysiscells(SOEC)weremodeledincludingtheeffectofthethreephaseboundarylengthontheanodeconcentrationoverpotentia1．Thenumericalresultsagreewellwithexperimentaldata．Theeffectsoftheanodeporosity，theporeradiusandthediffusionlayerthicknesswereanalyzed．Furtherparametricanalysesshowedtheeffectsofanoxygenpartialpressureontheanodeconcentrationoverpotentia1．Theresultsshowthatincreasedanodeporosityandporeradiusbothreducetheconcentrationoverpotentia1．However．theincreasediffusionlayerthicknessinereasedtheconcentrationoverpotentia1．Theoxygenpartialpressurecanbeincreasedtoreducetheanodeoverpotentia1．Themodelcanbeusedtoanalyzeanodedesignsandadjusttheoperationconditionstoimproveanodeperformance．Keywords：solidoxideelectrolysiscell(SOEC)；anode；concentrationoverpotential10／18203—2O7规模制氢的重要装置[2。。]。在结构方面，SOEC和固体氧化物燃料电池(SOFC)类似，但在原理上，两者看似相反，但SOEC目前存在的问题远比SOFC复杂]。相对于SOFC来说，针对SOEC的研究则显得稀少。目前的SOEC研究主要借鉴SOFC的经验，并简单将SOFC逆运行]，由于为SOEC所建立的理论模型相对SOFC的模型要少得多l7]，所以给SOEC设计、运行参数的优化及性能预测带来一定的困难，从而导致SOEC研究存在一定的盲目性。目前SOEC模型主要存在2大类。一类是基于有限元分析的数值模型，其中又以多物理场模型_8。。作为代表，主要根据Butler—Volumer方程建立，这类模型能够完美解决SOEC运行中众多物理量之间的耦合关系，尤其在运行条件下，对SOEC各方面的性能进行比较准确的估计和预测口，根据模型结果，能够优化工艺参数，但多物理场模型略显复杂，计算时候也存在难以收敛等问题。另一类是基于物理或化学现象的解析方程的数值模型l】，这种模型只能研究一些简单的问题，特别适合研究SOEC单一个方面的性能，如只研究一个部件的相关参数对性能的影响，比较简单易用。阳极是SOEC的重要部件，是氧离子被氧化成氧气并发生氧气扩散的场所，所以氧的浓差过电势对阳极的性能影响显得尤为显著_1。但是这方面研究相对较少，如何优调阳极结构、优化运行条件是提高阳极性能的关键性议题。因此本研究主要是改进现有的浓差过电势解析模型、并对阳极结构参数和运行条件进行调整，找出它们对阳极浓差过电势随着全球能源形势的紧张、温室效应的加剧，氢昙气作为新的能源载体受到广泛关注。高温电解水蒸作者简介：汽制氢是非常有潜力的制氢方案之一，逐渐成为研通信作者：究的热点Ⅲ。固体氧化物电解池(SOEC)是实现大2O121卜27国家科技重大专项资助项目(2010ZX06901—020)王靖(1979一)，男(汉)，安徽，博士生研究生。邓长生，研究员，E-mail：changsheng@mail．tsinghua．edu．cn204清华大学学报(自然科...