釷基熔鹽堆（TSMR）與高溫電解系統(tǒng)（HTE）耦合可用于電解制氫以及電解二氧化碳制一氧化碳,且可達到非常高的制氫和一氧化碳效率,實現(xiàn)核能高效利用以及CO₂減排等方面的重大需求。高溫電解系統(tǒng)中的固體氧化物電解池（SOEC）是一種新型的能源轉(zhuǎn)換工具,可以將電能和熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,具有高效、清潔的優(yōu)點�，F(xiàn)階段研究SOEC的主要方法由實驗和模擬兩種方法。由于現(xiàn)有的SOEC實驗不能觀測到SOEC內(nèi)部的氣體分布、電流密度分布以及溫度分布等情況,但是氣體分布、電流密度分布以及溫度分布直接關(guān)系到電解池穩(wěn)定性以及持久性等而性能。然而模擬研究具有很多實驗不具有的優(yōu)勢,如經(jīng)濟性好、耗時短、能夠分析電解池內(nèi)部情況等諸多優(yōu)點;并且數(shù)值模擬方法在監(jiān)測、設(shè)備開發(fā)、優(yōu)化、效果預(yù)測方面體現(xiàn)了重要價值。本論文通過高溫電解水蒸氣制氫實驗數(shù)據(jù)為依據(jù),采用ANSYS FLUENT軟件中User Define Function（UDF）開發(fā)高溫固體氧化物電解池（SOEC）三維CFD模型,并將模型擴展到高溫電解二氧化碳制一氧化碳以及CO₂/H₂O共電解。通過SOEC... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：165 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

復(fù)合能源系統(tǒng)

圖 1. 2 SOEC 工作原理示意圖Fig1. 2 Schematic diagram of working principle in SOEC2 所示，在較高操作溫度（600 – 1000 °C）下，以電解例，H2O 或者 CO2從陰極流道通入 SOEC，然后由多孔附近的三相界面（Triple Phase Boundary, TPB）附近被分-，O2-穿過致密的固體氧化物電解質(zhì)層到達陽極與電解失去電子生成氧氣（O2），然后通過多孔陽極擴散出 的反應(yīng)為：22 2H O 2e O H + → +22CO 2e O CO + → +

板式 SOEC 具有結(jié)構(gòu)形狀簡單、易于加工從而減小制造成本、電子傳輸路徑較短、單位面積能量密度高，但是由于較多面積暴露在外從而封裝較為困難、熱應(yīng)力大、熱循環(huán)較差、性能衰減大[20,21]。相對于板式而言管式 SOEC 可為盲管結(jié)構(gòu)，因而電池密封性較好，電池組裝相對容易、具有較高的抗熱震性和機械強度、長期穩(wěn)定性好，但仍存在電流路徑長、能量密度低、制備工藝復(fù)雜、集流較難的缺點[20,22]。目前較常采用的支撐體有陰極支撐體、陽極支撐體和電解質(zhì)支撐體三種。早起對于 SOEC 性能的研究主要采用電解質(zhì)厚度為 150-300 μm的電解質(zhì)支撐類型的電解池[20,23-26]。由于電解池的歐姆極化損失主要來自氧離子的遷移阻礙，因而電解質(zhì)支撐型電解池的電阻較大，電解池性能較差，需要較高的操作溫度，不利于電解池的大規(guī)模應(yīng)用。采用電極作為支撐體，電解質(zhì)層可以薄膜化可有效減少歐姆阻抗、降低運行溫度。目前陰極支撐是采用最廣泛的支撐類型，陽極支撐相對不常見[20,23-26]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]電解制氫與氫儲能[J]. 俞紅梅,衣寶廉.  中國工程科學(xué). 2018(03)
[2]Solid oxide fuel cell interconnect design optimization considering the thermal stresses[J]. Min Xu,Tingshuai Li,Ming Yang,Martin Andersson.  Science Bulletin. 2016(17)
[3]釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)[J]. 蔡翔舟,戴志敏,徐洪杰.  物理. 2016(09)
[4]釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)[J].   中國科學(xué)院院刊. 2016(S1)
[5]固體氧化物燃料電池平板式電池堆的研究進展[J]. 宋世棟,韓敏芳,孫再洪.  科學(xué)通報. 2014(15)
[6]固體氧化物電解池電解水研究綜述[J]. 陳婷,王紹榮.  陶瓷學(xué)報. 2014(01)
[7]管式固體氧化物燃料電池堆的研究進展[J]. 宋世棟,韓敏芳,孫再洪.  科學(xué)通報. 2013(21)
[8]高溫共電解H2O/CO2制備清潔燃料[J]. 王振,于波,張文強,陳靖,徐景明.  化學(xué)進展. 2013(07)
[9]固體氧化物電解池共電解H2O/CO2研究進展[J]. 范慧,宋世棟,韓敏芳.  中國工程科學(xué). 2013(02)
[10]高溫固體氧化物電解水制氫技術(shù)[J]. 張文強,于波,陳靖,徐景明.  化學(xué)進展. 2008(05)

博士論文
[1]固體氧化物電解池共電解二氧化碳和水機理及性能研究[D]. 李汶穎.清華大學(xué) 2015
[2]固體氧化物高溫電解池材料制備研究[D]. 梁明德.東北大學(xué) 2009



本文編號：3096127