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DLR将太阳能热量集成到固体氧化物电解槽实现高效产氢

OFweek氢能网讯:日前,DeutschesZentrumfürLuft-und Raumfahrt(DLR)的一个团队成功地将太阳能热量集成到固体氧化物电解槽中。

原型系统的实验装置由太阳能模拟器,太阳能蒸汽发生器,蒸汽蓄能器和固体氧化物电解器组成。

DLR将太阳能热量集成到固体氧化物电解槽实现高效产氢

用于制氢的太阳能加热固体氧化物电解槽系统的实验装置

用太阳能蒸汽发生器生产最大流量为5.0 kg h-1的热蒸汽,与10%H2混合的一小部分(0.58kg h-1)供应至12-cell细胞固体氧化物电解器堆,并使用2千瓦电力。

在770℃和-1.25Acm-2的电流密度下,该电解槽效率为93%时,蒸汽转化率达70%。目前,关于这项研究的论文已发表在“电源杂志”上。

研究人员表示,在更广泛地使用诸如风能,光伏和太阳能热能的可再生能源的背景下,由于可再生能源的间歇可用性以维持电力基础设施的高稳定性,因此需要化学能源载体用于电力存储。水电解被认为是用于生产可持续氢气作为这种能量载体的有希望的途径。

碱性电解作为数十年来经过充分验证的技术,以及最近的质子交换膜(PEM)电解,目前正在低温100°C以下的低温范围内开发用于高性能间歇操作。

与低温电解技术相比,在700-1000℃的高温状态下操作的固体氧化物电解(SOE)是一种有前景的新技术,其提供了一些额外的优点。

固体氧化物电解电池(SOEC)和电池堆的显着更高的操作温度导致更快的反应动力学,从而实现潜在更高的电效率。从热力学观点来看,吸热水分解反应的部分能量需求可以通过来自太阳能热能的高温热量或来自工业过程的废热来提供,因此显着降低了电能需求。

在传统的高温蒸汽电解中,水分解的总能量需求作为电力供应。如前所述,通过太阳辐射的集中提供的高温热,例如在太阳能塔中,可以在SOE工艺中引入,用于蒸发和过热水。

管式太阳能接收器作为将太阳能热量集成到SOE工艺中的关键部件,已经开发用于在科隆的DLR高通量太阳能模拟器中运行。在DLR项目“Future Fuels”的框架中,已经实现了由太阳能模拟器的热量驱动的太阳能接收器与固体氧化物电解器的组合。

DLR将太阳能热量集成到固体氧化物电解槽实现高效产氢

水分解反应的热力学与温度的关系

研究人员在700℃和-1.0Acm-2的稳态操作总共进行了4小时,总共产生1600L的H2,证明了太阳能热SOEC操作的可行性。

实验表明,堆栈行为与蒸汽质量流量之间存在强烈的相互作 因此,正确控制蒸汽质量流量至关重要。而进一步的系统优化包括减少外围加热管,增加系统部件的隔热性和开发高温蒸汽蓄能器。

据报道,该实验首次成功地将太阳能热量集成到商业固体氧化物电解中,实现了高效的氢气生产。

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