電堆科技SOEC-CH4制氫系統(tǒng)最新研發(fā)進展

2024年6月28日，電堆科技發(fā)布了全球首款SOEC-CH4電解水耦合天然氣制氫電堆。

截至2024年8月8日，制氫系統(tǒng)研發(fā)進展如下：

-單電池-

圖a

工作溫度的選取：根據(jù)產(chǎn)氫量(1.5Nm?/h @ 60 cells)制定60A作為額定運行電流。

如之前文章所述，電解水耦合天然氣氧化反應(yīng)的熱中性電壓為300mV，電堆科技選取400mV作為運行工況以便電堆處于微放熱狀態(tài)，故實際運行時需滿足400mV@60A。

根據(jù)圖a不同操作溫度下的電流-電壓曲線選定600℃作為電堆的工作溫度。

圖b

圖a電流-電壓曲線的斜率反映了單電池在工作時的總阻抗，與圖b交流阻抗圖譜測試結(jié)果一致。

圖b歐姆電阻與8YSZ理論電導(dǎo)率計算結(jié)果一致。

圖c

CH4能否完全轉(zhuǎn)化？出口是否高純CO2？

對甲烷側(cè)尾氣在不同工況下的氣體組分做了測試，隨著電解電壓的增加CH4被完全氧化，在60A額定工況下尾氣CO2含量高于90%（保留10%H2以防止甲烷側(cè)電極氧化）。

圖d

單電池長期測試：單電池在額定工況下運行超300小時，電壓無衰減，持續(xù)測試中。

-電堆-

重復(fù)單元

15片電堆

30片電堆

電堆研發(fā)遵循5片電池組成的重復(fù)單元-3組重復(fù)單元構(gòu)成的15片電堆-6組重復(fù)單元構(gòu)成的30片電堆路徑。

在5片電池組成的重復(fù)單元中，每片電池的電化學(xué)性能一致性優(yōu)異，與單電池測試結(jié)果相比略有損失。

3組重復(fù)單元組成的15片電堆中，每組重復(fù)單元的電化學(xué)性能一致性良好，與單個重復(fù)單元的結(jié)果相比又有些許損失。

6組重復(fù)單元組成的30片電堆中，電化學(xué)性能達到設(shè)計指標(biāo)(12V@60A)，然每組重復(fù)單元的電化學(xué)性能一致性稍差，目前在優(yōu)化電堆結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)重復(fù)單元在整堆中的電化學(xué)性能一致性。

-BOP（熱處理）-

目前已針對BOP（熱處理）的核心反應(yīng)區(qū)進行了預(yù)測試，結(jié)果表明，進出氣溫度、換熱效率、物質(zhì)流循環(huán)系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)基本達到設(shè)計要求，下一步將不斷細(xì)化測試條件和反應(yīng)條件并繼續(xù)測試。

核心區(qū)包括電堆加熱保溫區(qū)、蒸汽發(fā)生-電加熱區(qū)、尾氣能量熱交換區(qū)、進氣物質(zhì)流循環(huán)區(qū)等部分，電堆反應(yīng)溫度和實際進氣控制在約600℃，并考察各區(qū)域溫度和出口混合水氣溫度，在終端不增加冷凝設(shè)備的情況下，尾氣出口溫度達到約80℃，表明尾氣能量在熱交換區(qū)已被充分回收利用， 極大地降低了反應(yīng)電耗。

電堆科技的SOEC-CH4電解水耦合天然氣制氫技術(shù)，適用于分布式、小型化、即產(chǎn)即用的制氫場景，如：工業(yè)制程（金屬加工、玻璃等產(chǎn)品制造、發(fā)電機冷卻等）、社區(qū)供能、分布式發(fā)電、制加氫一體站等。

由于CH4的引入，制氫電耗大幅降低，理論上可實現(xiàn)制取1標(biāo)方氫氣僅消耗1度電（同時消耗0.25標(biāo)方CH4）。

技術(shù)原理請參考電堆科技CEO仝永成博士所作《熱化學(xué)與電化學(xué)的碰撞：SOEC-CH4》