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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),，努力搶占科技制高點(diǎn),，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn),。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿,、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng),、面向國(guó)家重大需求,、面向人民生命健康,，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地,，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù),，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

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電工所提出直接耦合式太陽能高溫電解制氫技術(shù)并研制出原理樣機(jī)

2024-10-21 電工研究所

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氫能在非化石能源中占據(jù)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(jié)合可以實(shí)現(xiàn)氫氣的潔凈制備,，有望成為氫氣的主要制備方式,。國(guó)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(chǎn)生高溫蒸汽,，進(jìn)而將高溫蒸汽通入固體氧化物電解池以發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)從而制取氫氣。而這一方式存在設(shè)備集成度較低,、熱能傳輸損失較大等問題,。近日，中國(guó)科學(xué)院電工研究所李鑫研究團(tuán)隊(duì)提出了直接耦合式太陽能高溫電解制氫技術(shù)并研制出原理樣機(jī),。

該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出直接耦合式太陽能高溫電解的概念和設(shè)計(jì)方案,。通過研究高強(qiáng)度、非均勻入射輻射在多孔電極內(nèi)部的傳輸特性和聚光工況下微尺度流動(dòng)與多孔結(jié)構(gòu)輻射換熱的耦合機(jī)理,，該團(tuán)隊(duì)研制出直接耦合式太陽能高溫電解原理樣機(jī),，揭示了聚光太陽能對(duì)電解池濃差極化的影響機(jī)理。與同規(guī)模下電加熱固體氧化物電解池相比,，該技術(shù)使固體氧化物電解池啟動(dòng)速度提高了近12倍,，并使電解能耗降低了76%。

同時(shí),，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了間接耦合模式下的新型太陽能高溫霧化蒸汽發(fā)生器,。利用霧化氣液兩相流在多孔吸熱體內(nèi)部的熱質(zhì)傳遞強(qiáng)化機(jī)制，研究將蒸汽發(fā)生器的出口溫度提升到877-°C,，對(duì)應(yīng)的熱效率提升了60.92%,。基于這一太陽能蒸汽發(fā)生器,，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步搭建了5kW級(jí)的太陽能高溫電解制氫系統(tǒng),。這一系統(tǒng)實(shí)測(cè)電解效率為95.2%，水蒸汽轉(zhuǎn)化率為92%,。相比于傳統(tǒng)使用電或化石燃料產(chǎn)生蒸汽的電解系統(tǒng),，太陽能高溫電解制氫系統(tǒng)可節(jié)電30％。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》（Chemical?Engineering?Journal）和《能源轉(zhuǎn)換和管理》（Energy?Conversion?and?Management）上,。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和北京市自然科學(xué)基金等的支持,。

論文鏈接：1、2

直接式太陽能高溫電解原理樣機(jī)

氫能在非化石能源中占據(jù)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(jié)合可以實(shí)現(xiàn)氫氣的潔凈制備，有望成為氫氣的主要制備方式,。國(guó)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(chǎn)生高溫蒸汽,，進(jìn)而將高溫蒸汽通入固體氧化物電解池以發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)從而制取氫氣,。而這一方式存在設(shè)備集成度較低、熱能傳輸損失較大等問題,。近日,，中國(guó)科學(xué)院電工研究所李鑫研究團(tuán)隊(duì)提出了直接耦合式太陽能高溫電解制氫技術(shù)并研制出原理樣機(jī)。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出直接耦合式太陽能高溫電解的概念和設(shè)計(jì)方案,。通過研究高強(qiáng)度,、非均勻入射輻射在多孔電極內(nèi)部的傳輸特性和聚光工況下微尺度流動(dòng)與多孔結(jié)構(gòu)輻射換熱的耦合機(jī)理，該團(tuán)隊(duì)研制出直接耦合式太陽能高溫電解原理樣機(jī),，揭示了聚光太陽能對(duì)電解池濃差極化的影響機(jī)理,。與同規(guī)模下電加熱固體氧化物電解池相比，該技術(shù)使固體氧化物電解池啟動(dòng)速度提高了近12倍,，并使電解能耗降低了76%,。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了間接耦合模式下的新型太陽能高溫霧化蒸汽發(fā)生器,。利用霧化氣液兩相流在多孔吸熱體內(nèi)部的熱質(zhì)傳遞強(qiáng)化機(jī)制,，研究將蒸汽發(fā)生器的出口溫度提升到877-°C，對(duì)應(yīng)的熱效率提升了60.92%,。基于這一太陽能蒸汽發(fā)生器,，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步搭建了5kW級(jí)的太陽能高溫電解制氫系統(tǒng),。這一系統(tǒng)實(shí)測(cè)電解效率為95.2%，水蒸汽轉(zhuǎn)化率為92%,。相比于傳統(tǒng)使用電或化石燃料產(chǎn)生蒸汽的電解系統(tǒng),，太陽能高溫電解制氫系統(tǒng)可節(jié)電30％。相關(guān)研究成果發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》（Chemical?Engineering?Journal）和《能源轉(zhuǎn)換和管理》（Energy?Conversion?and?Management）上,。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和北京市自然科學(xué)基金等的支持,。論文鏈接：1、2直接式太陽能高溫電解原理樣機(jī)

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