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固体氧化物电解池共电解二氧化碳和水机理及性能研究

发布时间:2018-05-15 15:02 类别:时时彩计划

  使用固体氧化物电解池(SOEC)将CO_2和H_2O转化为合成气和烃类燃料,可望成为同时实现CO_2资本化操纵和可再生能源电力储存的无效路子。明白CO_2/H_2O共电解反映机理和机能,对SOEC电极开辟、机能优化、产品调控以及系统集成等具有主要意义。本文采用图案电极、多孔电极和管式单位三种分歧类型的SOEC,系统地研究了SOEC CO_2/H_2O共电解机理及机能纪律。起首,本文开辟了Ni-单晶YSZ图案电极,实现反映活性面积的定量调控,获得了本征电化学动力学数据。图案电极SOEC电化学机能均与温度、极化电压和载气分压呈正相关。电解CO_2的速度节制步调为O(Ni)+(YSZ)→(Ni)+O2-(YSZ),极化电压较小时还包罗O(Ni)的概况扩散过程。电解H_2O的速度节制步调为H_2O(YSZ)+(Ni)+e-→H(Ni)+OH-(YSZ),极化电压较小时还包罗H_2O(YSZ)的概况扩散过程。图案电极电解H_2O的速度约是电解CO_2的12-15倍,因而CO_2/H_2O共电解电化学机能与电解H_2O十分接近。通过原位检测Ni条纹概况积碳程度和布局的空间分布特征,成功辨别了电化学积碳/耗损碳CO(Ni)+(YSZ)+2e-?C(Ni)+O2-(YSZ)反映机理。其次,通过多孔电极SOEC CO_2/H_2O共电解尝试,控制了操作前提参数对电化学机能的影响纪律,获得了共电解制取合成气和甲烷特征。增大电压可显著提高CH4浓度,650℃可提高9-12倍。C(s)+2H2→CH4是甲烷生成的反映路径之一。分析考虑非均相基元反映、电化学反映、电极微观几何布局、质量传送和电荷传送过程,成立了一维SOEC基元反映模子,阐发了燃料极和氧气极反映和传送过程的耦合特征。提出非均相化学反映和电化学反映分区概念,同一了尝试现象不合。两种反映区域大小别离受质量传送通量D?c和电荷传送通量σ?V节制。因为氧气极SOEC模式的O2传送和电化学反映标的目的与SOFC模式相反,SOEC的浓差极化可为SOFC的1/7。最初,使用管式SOEC单位实现了CO_2/H_2O共电解制取合成气和甲烷的不变运转,单管共电解功率可大于4.15 W,功率密度可大于2817 W/m2,550℃电解产品中CH4浓度可达10%。在尝试根本上,成立了二维轴对称管式SOEC稳态模子,阐发了管内流动和传热过程对机能的影响纪律。

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