目的研制具有新型單體結(jié)構(gòu)的低成本PEM水電解槽并分析其電解性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。方法通過(guò)測(cè)試不同條件下電解槽的極化曲線,分析工作溫度和組裝壓力對(duì)電解槽性能的影響;測(cè)試多單體電解槽在工作條件下的極化曲線、電解效率曲線以及不同電解單體的工作電壓,分析多單體電解槽的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。結(jié)果在1A·cm^-2的電流密度條件下,電解單槽在45℃時(shí)的電壓值為1.846V;在6～6.5MPa的組裝壓力范圍內(nèi),電解槽具有最優(yōu)的電解性能;在45℃,1A·cm^-2的工作條件下,10單體電解槽的工作電壓為18.43V,氫氣產(chǎn)量為0.96nm³/h,電解效率達(dá)到79.7%;與此同時(shí),電解槽在該工作條件下工作600h,電解槽的工作電壓增長(zhǎng)速率為16.7μV·h^-2。結(jié)論基于新型單體結(jié)構(gòu)的PEM水電解槽,在降低了制造成本和自身重量的前提下,具有良好的電解性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性,為PEM水電解槽的工程應(yīng)用提供了極具參考價(jià)值的數(shù)據(jù)。 

【文章來(lái)源】：航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程. 2020,33(04)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

PEM電解槽的工作原理

新型電解槽單體具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，MEA采用CCM(catalyst coated membrane）一體化結(jié)構(gòu)，催化劑的活性面積為232cm2的圓形區(qū)域；質(zhì)子交換膜使用Nafion115材料，陰極催化劑Pt的載量不大于0.6mg/cm2，陽(yáng)極催化劑Ir的載量不大于2.0mg/cm2。陰極和陽(yáng)極部分的集流體都使用多孔鈦材料，具有很好的耐腐蝕性，不會(huì)在電解過(guò)程中產(chǎn)生有害的雜質(zhì)離子。陰極和陽(yáng)極兩側(cè)的流場(chǎng)板也為金屬鈦材料，考慮加工工藝的限制，流場(chǎng)采用網(wǎng)格形狀。除商用MEA組件外，集流體、流場(chǎng)板、端板密封墊等元件都是自行完成設(shè)計(jì)和加工。1.2.2 10單體PEM水電解槽結(jié)構(gòu)

測(cè)試系統(tǒng)主要包括恒電流源、多通道數(shù)字萬(wàn)用表、循環(huán)泵、溫度計(jì)、水箱、熱交換器、恒溫冷水機(jī)、水氣分離器、干燥器、氣體流量計(jì)以及管路接頭等。電解槽采用陽(yáng)極供水方式，去離子水通過(guò)循環(huán)泵通入電解槽中。使用熱交換器，利用恒溫水機(jī)控制電解槽的工作溫度，分別在水箱內(nèi)和電解槽出水口監(jiān)控溫度，保證入水口和出水口的溫度差不大于3℃。在不同工作條件下，使用36kW的恒流源（120V,300A）對(duì)電解槽進(jìn)行恒電流測(cè)試，并通過(guò)數(shù)字萬(wàn)用表記錄電解單槽和多單體電解槽的工作電壓。2 結(jié)果與討論

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]4人180天集成試驗(yàn)環(huán)控生保系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行概況[J]. 張良長(zhǎng),李婷,余青霓,董文平,楊京松,王偉榮,艾為黨,武重陽(yáng),郭雙生,李瑩輝.  航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程. 2018(02)
[2]電解制氧裝置環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J]. 尹永利,周抗寒,李俊榮,李健,王飛.  航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程. 2015(05)
[3]高壓質(zhì)子交換膜水電解技術(shù)研究[J]. 李俊榮,周抗寒,王飛,尹永利.  載人航天. 2015(02)
[4]可再生燃料電池系統(tǒng)在空間電源中的應(yīng)用研究[J]. 陳宋,孫鳳煥,張明,戴孟瑜,崔波.  航天器工程. 2014(06)
[5]固體聚合物電解質(zhì)水電解膜電極的制備方法[J]. 李楠楠,張忠兵,衛(wèi)慧凱,王宇新,衛(wèi)國(guó)強(qiáng).  綠色科技. 2013(05)
[6]5MPa高壓質(zhì)子交換膜水電解裝置的研制與試驗(yàn)[J]. 周抗寒,任春波,王飛,李俊榮,張立艷.  航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程. 2012(05)
[7]載人航天器環(huán)控生保系統(tǒng)50年研制回顧與展望[J]. 王康,高峰.  航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程. 2011(06)
[8]中國(guó)載人航天器環(huán)境控制與生命保障技術(shù)研究[J]. 湯蘭祥,高峰,鄧一兵,傅嵐,董文平,周抗寒.  航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程. 2008(03)



本文編號(hào)：3135729