新型低成本PEM水电解槽的研制与测试
发布时间：2021-04-13 17:37
目的研制具有新型单体结构的低成本PEM水电解槽并分析其电解性能和长期稳定性。方法通过测试不同条件下电解槽的极化曲线,分析工作温度和组装压力对电解槽性能的影响;测试多单体电解槽在工作条件下的极化曲线、电解效率曲线以及不同电解单体的工作电压,分析多单体电解槽的长期稳定性。结果在1A·cm-2的电流密度条件下,电解单槽在45℃时的电压值为1.846V;在6～6.5MPa的组装压力范围内,电解槽具有最优的电解性能;在45℃,1A·cm-2的工作条件下,10单体电解槽的工作电压为18.43V,氢气产量为0.96nm3/h,电解效率达到79.7%;与此同时,电解槽在该工作条件下工作600h,电解槽的工作电压增长速率为16.7μV·h-2。结论基于新型单体结构的PEM水电解槽,在降低了制造成本和自身重量的前提下,具有良好的电解性能和长期稳定性,为PEM水电解槽的工程应用提供了极具参考价值的数据。
【文章来源】：航天医学与医学工程. 2020,33(04)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
PEM电解槽的工作原理
新型电解槽单体具体结构如图2所示，MEA采用CCM(catalyst coated membrane）一体化结构，催化剂的活性面积为232cm2的圆形区域；质子交换膜使用Nafion115材料，阴极催化剂Pt的载量不大于0.6mg/cm2，阳极催化剂Ir的载量不大于2.0mg/cm2。阴极和阳极部分的集流体都使用多孔钛材料，具有很好的耐腐蚀性，不会在电解过程中产生有害的杂质离子。阴极和阳极两侧的流场板也为金属钛材料，考虑加工工艺的限制，流场采用网格形状。除商用MEA组件外，集流体、流场板、端板密封垫等元件都是自行完成设计和加工。1.2.2 10单体PEM水电解槽结构
测试系统主要包括恒电流源、多通道数字万用表、循环泵、温度计、水箱、热交换器、恒温冷水机、水气分离器、干燥器、气体流量计以及管路接头等。电解槽采用阳极供水方式，去离子水通过循环泵通入电解槽中。使用热交换器，利用恒温水机控制电解槽的工作温度，分别在水箱内和电解槽出水口监控温度，保证入水口和出水口的温度差不大于3℃。在不同工作条件下，使用36kW的恒流源（120V,300A）对电解槽进行恒电流测试，并通过数字万用表记录电解单槽和多单体电解槽的工作电压。2 结果与讨论
【参考文献】：
期刊论文
[1]4人180天集成试验环控生保系统设计及运行概况[J]. 张良长,李婷,余青霓,董文平,杨京松,王伟荣,艾为党,武重阳,郭双生,李莹辉. 航天医学与医学工程. 2018(02)
[2]电解制氧装置环境适应性设计与试验研究[J]. 尹永利,周抗寒,李俊荣,李健,王飞. 航天医学与医学工程. 2015(05)
[3]高压质子交换膜水电解技术研究[J]. 李俊荣,周抗寒,王飞,尹永利. 载人航天. 2015(02)
[4]可再生燃料电池系统在空间电源中的应用研究[J]. 陈宋,孙凤焕,张明,戴孟瑜,崔波. 航天器工程. 2014(06)
[5]固体聚合物电解质水电解膜电极的制备方法[J]. 李楠楠,张忠兵,卫慧凯,王宇新,卫国强. 绿色科技. 2013(05)
[6]5MPa高压质子交换膜水电解装置的研制与试验[J]. 周抗寒,任春波,王飞,李俊荣,张立艳. 航天医学与医学工程. 2012(05)
[7]载人航天器环控生保系统50年研制回顾与展望[J]. 王康,高峰. 航天医学与医学工程. 2011(06)
[8]中国载人航天器环境控制与生命保障技术研究[J]. 汤兰祥,高峰,邓一兵,傅岚,董文平,周抗寒. 航天医学与医学工程. 2008(03)
本文编号：3135729
【文章来源】：航天医学与医学工程. 2020,33(04)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
PEM电解槽的工作原理
新型电解槽单体具体结构如图2所示，MEA采用CCM(catalyst coated membrane）一体化结构，催化剂的活性面积为232cm2的圆形区域；质子交换膜使用Nafion115材料，阴极催化剂Pt的载量不大于0.6mg/cm2，阳极催化剂Ir的载量不大于2.0mg/cm2。阴极和阳极部分的集流体都使用多孔钛材料，具有很好的耐腐蚀性，不会在电解过程中产生有害的杂质离子。阴极和阳极两侧的流场板也为金属钛材料，考虑加工工艺的限制，流场采用网格形状。除商用MEA组件外，集流体、流场板、端板密封垫等元件都是自行完成设计和加工。1.2.2 10单体PEM水电解槽结构
测试系统主要包括恒电流源、多通道数字万用表、循环泵、温度计、水箱、热交换器、恒温冷水机、水气分离器、干燥器、气体流量计以及管路接头等。电解槽采用阳极供水方式，去离子水通过循环泵通入电解槽中。使用热交换器，利用恒温水机控制电解槽的工作温度，分别在水箱内和电解槽出水口监控温度，保证入水口和出水口的温度差不大于3℃。在不同工作条件下，使用36kW的恒流源（120V,300A）对电解槽进行恒电流测试，并通过数字万用表记录电解单槽和多单体电解槽的工作电压。2 结果与讨论
【参考文献】：
期刊论文
[1]4人180天集成试验环控生保系统设计及运行概况[J]. 张良长,李婷,余青霓,董文平,杨京松,王伟荣,艾为党,武重阳,郭双生,李莹辉. 航天医学与医学工程. 2018(02)
[2]电解制氧装置环境适应性设计与试验研究[J]. 尹永利,周抗寒,李俊荣,李健,王飞. 航天医学与医学工程. 2015(05)
[3]高压质子交换膜水电解技术研究[J]. 李俊荣,周抗寒,王飞,尹永利. 载人航天. 2015(02)
[4]可再生燃料电池系统在空间电源中的应用研究[J]. 陈宋,孙凤焕,张明,戴孟瑜,崔波. 航天器工程. 2014(06)
[5]固体聚合物电解质水电解膜电极的制备方法[J]. 李楠楠,张忠兵,卫慧凯,王宇新,卫国强. 绿色科技. 2013(05)
[6]5MPa高压质子交换膜水电解装置的研制与试验[J]. 周抗寒,任春波,王飞,李俊荣,张立艳. 航天医学与医学工程. 2012(05)
[7]载人航天器环控生保系统50年研制回顾与展望[J]. 王康,高峰. 航天医学与医学工程. 2011(06)
[8]中国载人航天器环境控制与生命保障技术研究[J]. 汤兰祥,高峰,邓一兵,傅岚,董文平,周抗寒. 航天医学与医学工程. 2008(03)
本文编号：3135729
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