[发明专利]避免高温电解中产生热机械应力的方法

说明书

本申请涉及一种避免高温电解中产生热机械应力的方法。所述方法的原理在于：在电解系统运行过程中，通过施加或者移除电能，将所述电解系统的工作电压在开路电压和热中性电压之间瞬时切换。采用本方法可以通过瞬时施加或者移除电能输入实现气体制取的瞬时启动和停止，其响应速度相比现有系统更快；另外，在施加或者移除电能时，不会在机械脆弱的陶瓷电堆内部引起温度梯度，也不需要复杂的热管理来平衡输入高温电解系统电堆的电能和热能。

技术领域

本申请涉及新能源技术领域，特别是涉及一种避免高温电解中产生热机械应力的方法。

背景技术

随着新能源技术的发展，氢气作为燃料用于发电时不会排放任何的有害气体，例如，通过水/蒸汽电解制取的氢气可以提供给燃料电池汽车使用，也可以提供给难以电气化的工业领域以实现脱碳，氢能技术的开发得到了很大程度上的发展。

高温电解通常在600摄氏度至1000摄氏度的温度范围内运行。在该温度区间内，反应的动力学速率较高且不需要昂贵的金属催化剂，所以相比质子交换膜等低温电解技术而言，高温电解具有更大的成本优势。同时，高温电解具有最高的转换效率。然而，由于高温电解电堆通常使用延展性较差的陶瓷材料，其不能很好的承受温度变化，高温电解通常是通过控制反应气体的温度以实现热管理，由于该技术的整个过程以及温度控制较为复杂，使得系统一般不太适用于动态运行。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种避免高温电解中产生热机械应力的方法，能够适用于高温电解系统的动态运行。

一种避免高温电解中产生热机械应力的方法，所述方法包括：

在电解系统运行过程中，通过施加或者移除电能，将所述电解系统的工作电压在开路电压和热中性电压之间瞬时切换。

在其中一个实施例中，所述方法应用于水或蒸汽的电解。

在其中一个实施例中，所述方法应用于二氧化碳的电解。

在其中一个实施例中，所述方法应用于蒸汽与二氧化碳的共电解。

在其中一个实施例中，所述方法应用于电解过程发生在300摄氏度至1000摄氏度下的电解系统。

在其中一个实施例中，所述电解系统由多个小功率的子系统组成，其中，各所述子系统的负载被单独调节。

在其中一个实施例中，所述方法适用于可逆系统的电解模式。

上述避免高温电解中产生热机械应力的方法，在电解系统运行过程中，通过施加或者移除电能，将电解系统的工作电压在开路电压和热中性电压之间瞬时切换。采用该方法的高温电解系统可以通过瞬时施加或者移除电能输入实现气体制取的瞬时启动和停止，其响应速度相比现有系统更快；另外，在施加或者移除电能时，不会在机械脆弱的陶瓷电堆内部引起温度梯度，在施加和移除电源时，不需要复杂的热管理来平衡输入高温电解系统电堆的电能和热能。

附图说明

图1为一个实施例中吸热区、绝热点和放热区中电池电压U与电流-I的关系示意图；

图2为一个实施例中传统增加氢气制取量的方法以及其需要维持热平衡时热量Q的变化图；

图3为一个实施例中电解系统由多个小功率的子系统组成的示意图；

图4为一个实施例中避免高温电解中产生热机械应力方法的流程示意图；

图5为一个实施例中阶跃电压的瞬时变化示意图；

图6为一个实施例中避免高温电解中产生热机械应力装置的结构框图；

图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式