電堆科技SOEC-CH4制氫系統最新研發進展

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

截至2024年8月8日，制氫系統研發進展如下：

-單電池-

圖a

工作溫度的選?。焊鶕a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，故實際運行時需滿足400mV@60A。

根據圖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果一致。

圖b歐姆電阻與8YSZ理論電導率計算結果一致。

圖c

CH4能否完全轉化？出口是否高純CO2？

對甲烷側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，持續測試中。

-電堆-

重復單元

15片電堆

30片電堆

電堆研發遵循5片電池組成的重復單元-3組重復單元構成的15片電堆-6組重復單元構成的30片電堆路徑。

在5片電池組成的重復單元中，每片電池的電化學性能一致性優異，與單電池測試結果相比略有損失。

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

6組重復單元組成的30片電堆中，電化學性能達到設計指標(12V@60A)，然每組重復單元的電化學性能一致性稍差，目前在優化電堆結構以實現重復單元在整堆中的電化學性能一致性。

-BOP（熱處理）-

目前已針對BOP（熱處理）的核心反應區進行了預測試，結果表明，進出氣溫度、換熱效率、物質流循環系數等關鍵參數基本達到設計要求，下一步將不斷細化測試條件和反應條件并繼續測試。

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

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

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

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