一种适用于复杂工况的电解槽失效分析装置及分析方法

本发明涉及电解槽失效分析，尤其是涉及一种适用于复杂工况的电解槽失效分析装置及分析方法。

背景技术：

1、为应对当前世界化石能源储量不足和环境污染问题，氢能因其来源丰富、高热值和零排放等优点脱颖而出，被广泛认为是能够应对气候变化、保障国家能源安全的战略选择。目前其多种主要制备方式中水电解制氢因其清洁高效的优势成为各国的研究重点。常温电解水制氢技术按照电解质类型主要分为常温运行的碱性电解水制氢awe、质子交换膜电解水制氢pem、阴离子交换膜电解水制氢aem，其中以碱水电解和质子交换膜制氢技术最为成熟，且成本最低更具经济性，被认为是大规模电解水制氢应用的主要方式。在当前能源环境的推动下，可再生能源发电得到了大力的发展。可再生能源发电量增量在全社会用电量增量中的占比预计将超过50％，尤其风电和太阳能发电量实现翻倍。将可再生能源发电技术和水电解技术结合则能够进一步实现高效制氢储能，因此成为了我国能源领域的急需发展方向。

2、但在将电解槽和可再生能源耦合之前，系统之间的不匹配是一个很大的问题。碱水和质子交换膜电解制氢技术一般要求电解槽在接近稳定的功率输入下运行以保证整个系统的稳定工作不少于60000h，而可再生能源受自然条件变化的影响，具有不稳定的特性，这就造成了水电解和可再生能源组合系统的不匹配。现有技术中，专利“一种新型电解水制氢系统及其运行方法”(公开号cn113249738a)、专利“一种风光耦合离网电解制氢系统的功率控制方法”(公开号cn115693733a)和专利“一种自热平衡电解水制氢系统及制氢方法”(公开号cn115652347a)均强调了这种不稳定运行的问题并就电解系统的工作热输入和电输入进行了优化设计，以保障电解制氢的安全稳定运行能力。

3、然而，上述研究和设计方案均无法保证电解槽始终在稳定的条件下运行，水电解和可再生能源组合系统的不匹配将使电解槽不能在稳定的条件下运行，有大量相关实践表明这种不稳定运行条件会引发电解槽的耐久性下降，因此亟需对这种复杂输入条件下的电解槽寿命衰退成因进行研究，阐述其机理从而为如何延长电解槽寿命提供有效解决思路。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于复杂工况的电解槽失效分析装置及分析方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、根据本发明的第一方面，提供一种适用于复杂工况的电解槽失效分析装置，包括：

4、电源，所述电源与电解槽相连，提供电解电流；

5、电流调节装置，所述电流调节装置与电源相连，调节电源的输出电流/电压；

6、碱液罐，所述碱液罐与电解槽相连，提供碱液；

7、温控装置，所述温控装置用于调节进入电解槽的碱液的温度；

8、液体传送装置，所述液体传送装置用于调节进入电解槽的碱液的流速；

9、信号采集装置，所述信号采集装置与电解槽相连，采集电解槽的性能指标数据；

10、分析装置，所述分析装置与电流调节装置、温控装置、液体传送装置和信号采集装置相连，用于对电解槽进行失效分析。

11、进一步地，所述电流调节装置和电源为直流电源工作站，所述直流电源工作站为可调节输入电流/电压波形的直流电源。

12、进一步地，所述电解槽的性能指标数据包括但不限于工作电压，所述信号采集装置、电流调节装置和电源为直流电源工作站，所述直流电源工作站为可调节输入电流/电压波形并获取电解槽工作电压的直流电源。

13、进一步地，所述温控装置为温控水浴锅。

14、进一步地，所述液体传送装置为液体传送泵。

15、进一步地，还包括微观形貌观测装置，所述微观形貌观测装置用于观察电解槽内部件的微观形貌。

16、进一步地，所述微观形貌观测装置包括但不限于电子显微镜。

17、根据本发明的第二方面，提供一种适用于复杂工况的电解槽失效分析方法，基于如本发明第一方面所述的电解槽失效分析装置，包括：

18、获取测试数据，所述测试数据包括但不限于电解电流数据、碱液温度数据和碱液流速数据；

19、通过电流调节装置、温控装置和液体传送装置将电解槽的电解电流、碱液温度和碱液流速等调整为测试数据，通过信号采集装置采集电解槽的性能指标数据；

20、根据电解电流数据、碱液温度数据和碱液流速数据等对应的性能指标数据，对电解槽进行失效分析。

21、进一步地，还包括：

22、在试验开始前观察电解槽内部件的微观形貌，在试验结束后观察电解槽内部件的微观形貌，将电解槽内部件的微观形貌变化与性能指标数据结合，对电解槽进行失效分析。

23、进一步地，还包括：

24、根据失效分析结果，得到电解槽的优化改进思路。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、(1)将电解槽的可能影响因素进行解耦并分别调控，从而解决了实际工程实践过程中多变量同时作用下难以解耦研究的困难，为电解槽在复杂输入下的失效分析提供了支持，有助于进行电解槽性能衰退全流程研究及后续优化思路设计。

27、(2)使用直流电源工作站作为信号采集装置、电流调节装置和电源，流电源工作站在输出电流到电解槽的同时还能够输出对应时刻的电压变化，实现对电解槽性能的实时监测，便于电解槽外特性(u)和自变量(i，t，v)的关系模型建立。

28、(3)通过观察电解槽内部件的微观形貌获得其具体失效位置，再结合电流、温度和碱液流速对电解槽性能的影响，综合进行电解槽的失效分析。

技术特征：

1.一种适用于复杂工况的电解槽失效分析装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种适用于复杂工况的电解槽失效分析装置，其特征在于，所述电流调节装置和电源为直流电源工作站，所述直流电源工作站为可调节输入电流/电压波形的直流电源。

3.根据权利要求1所述的一种适用于复杂工况的电解槽失效分析装置，其特征在于，所述电解槽的性能指标数据包括工作电压，所述信号采集装置、电流调节装置和电源为直流电源工作站，所述直流电源工作站为可调节输入电流/电压波形并获取电解槽工作电压的直流电源。

4.根据权利要求1所述的一种适用于复杂工况的电解槽失效分析装置，其特征在于，所述温控装置为温控水浴锅。

5.根据权利要求1所述的一种适用于复杂工况的电解槽失效分析装置，其特征在于，所述液体传送装置为液体传送泵。

6.根据权利要求1所述的一种适用于复杂工况的电解槽失效分析装置，其特征在于，还包括微观形貌观测装置，所述微观形貌观测装置用于观察电解槽内部件的微观形貌。

7.根据权利要求6所述的一种适用于复杂工况的电解槽失效分析装置，其特征在于，所述微观形貌观测装置包括电子显微镜。

8.一种适用于复杂工况的电解槽失效分析方法，其特征在于，基于如权利要求1-7中任一所述的电解槽失效分析装置，包括：

9.根据权利要求8所述的一种适用于复杂工况的电解槽失效分析方法，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求8所述的一种适用于复杂工况的电解槽失效分析方法，其特征在于，还包括：

技术总结
本发明涉及一种适用于复杂工况的电解槽失效分析装置及分析方法，包括：电源，与电解槽相连，提供电解电流；电流调节装置，与电源相连，调节电源的输出电流/电压；碱液罐，与电解槽相连，提供碱液；温控装置，用于调节进入电解槽的碱液的温度；液体传送装置，用于调节进入电解槽的碱液的流速；信号采集装置，与电解槽相连，采集电解槽的性能指标数据；分析装置，与电流调节装置、温控装置、液体传送装置和信号采集装置相连，用于对电解槽进行失效分析。与现有技术相比，本发明将电解槽的可能影响因素进行解耦并分别调控，从而解决了实际工程实践过程中多变量同时作用下难以解耦研究的困难，为电解槽在复杂输入下的失效分析提供了支持。

技术研发人员：金黎明,王旭康,张存满,耿振,吕洪
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12