【儀表網 研發快訊】氫能在非化石能源中占據重要地位。在多種制氫方式中，高溫電解具有較高的制氫效率，與太陽能結合可以實現氫氣的潔凈制備，有望成為氫氣的主要制備方式。國際上，太陽能與高溫電解的耦合方式均為間接耦合，即利用太陽能產生高溫蒸汽，進而將高溫蒸汽通入固體氧化物電解池以發生電化學反應從而制取氫氣。而這一方式存在設備集成度較低、熱能傳輸損失較大等問題。近日，中國科學院電工研究所李鑫研究團隊提出了直接耦合式太陽能高溫電解制氫技術并研制出原理樣機。
該團隊創新性地提出直接耦合式太陽能高溫電解的概念和設計方案。通過研究高強度、非均勻入射輻射在多孔電極內部的傳輸特性和聚光工況下微尺度流動與多孔結構輻射換熱的耦合機理，該團隊研制出直接耦合式太陽能高溫電解原理樣機，揭示了聚光太陽能對電解池濃差極化的影響機理。與同規模下電加熱固體氧化物電解池相比，該技術使固體氧化物電解池啟動速度提高了近12倍，并使電解能耗降低了76%。
同時，該團隊開發了間接耦合模式下的新型太陽能高溫霧化蒸汽發生器。利用霧化氣液兩相流在多孔吸熱體內部的熱質傳遞強化機制，研究將蒸汽發生器的出口溫度提升到877°C，對應的熱效率提升了60.92%。基于這一太陽能蒸汽發生器，該團隊進一步搭建了5kW級的太陽能高溫電解制氫系統。這一系統實測電解效率為95.2%，水蒸汽轉化率為92%。相比于傳統使用電或化石燃料產生蒸汽的電解系統，太陽能高溫電解制氫系統可節電30%。
相關研究成果發表在《化學工程雜志》(Chemical Engineering Journal)和《能源轉換和管理》(Energy Conversion and Management)上。研究工作得到國家自然科學基金和北京市自然科學基金等的支持。
直接式太陽能高溫電解原理樣機
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