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单体固体氧化物电解池极化损失分析及阴极微结构优化
引用本文:于波,刘明义,张文强,张平,徐景明.单体固体氧化物电解池极化损失分析及阴极微结构优化[J].物理化学学报,2011,27(2):395-402.
作者姓名:于波  刘明义  张文强  张平  徐景明
作者单位:Institute of Nuclear and New Energy Technology, Tsinghua University, Beijing 102201, P. R. China
基金项目:国家自然科学基金(20803039); 国家科技重大专项(ZX06901-020)资助项目~~
摘    要:基于高温固体氧化物电解池(SOEC)的高温蒸汽电解(HTSE)制氢技术作为一种非常有前景的大规模核能制氢新方法, 受到国际上的迅速关注. 但如何控制电解模式下的极化能量损失和性能衰减是HTSE实用化的关键. 本文通过在线电化学阻抗测试技术, 研究了实际运行状态下的单体固体氧化物池(SOC)在电池模式和电解模式下的极化阻抗分布, 阐述了SOEC与高温固体氧化物燃料电池(SOFC)的差异, 确定了SOEC氢电极支撑层水蒸气扩散过程极化损失大是制约电解池制氢性能提高的主要因素. 在此基础上, 采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)造孔剂对氢电极支撑层的微观结构进行了调整和优化. 微结构优化后, 氢电极材料的孔隙率提高了50%, 孔隙为规则圆形, 分布均匀, 更利于气体扩散; 电解电压1.3 V时, 单位面积产氢率高达328.1 mL·cm-2·h-1(标准态), 为改进前电解池的2倍, 实现50 h以上连续稳定性运行. 研究成果可为HTSE的实际应用提供一定的理论数据和技术基础.

关 键 词:高温蒸汽电解  核能制氢  固体氧化物电解池  极化损失  氢电极  
收稿时间:2010-09-07
修稿时间:2010-12-27

Polarization Loss of Single Solid Oxide Electrolysis Cells and Microstructural Optimization of the Cathode
YU Bo,LIU Ming-Yi,ZHANG Wen-Qiang,ZHANG Ping,XU Jing-Ming.Polarization Loss of Single Solid Oxide Electrolysis Cells and Microstructural Optimization of the Cathode[J].Acta Physico-Chimica Sinica,2011,27(2):395-402.
Authors:YU Bo  LIU Ming-Yi  ZHANG Wen-Qiang  ZHANG Ping  XU Jing-Ming
Institution:Institute of Nuclear and New Energy Technology, Tsinghua University, Beijing 102201, P. R. China
Abstract:High temperature steam electrolysis(HTSE),which is the electrolysis of steam at high temperature with high efficiency using planar solid oxide electrolysis cell(SOEC) technology,has received an increasing amount of international interest because of its potential for large-scale hydrogen production using nuclear hydrogen in future.However,it is of great importance to control polarization energy loss and performance degradation for a practical HTSE process.In this paper,the distributions of the polarization r...
Keywords:High temperature steam electrolysis  Nuclear hydrogen production  Solid oxide electrolysis cell  Polarization loss  Hydrogen electrode  
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