一种用于PEM电解槽的性能恢复方法和系统

本发明涉及pem电解槽，具体涉及一种用于pem电解槽的性能恢复方法和系统。

背景技术：

1、pem电解槽制氢技术以其电流密度大、响应迅速、产氢纯度高、可轻量化、可小型化、可简单化等特性，已成为全球各国研究的热点。质子交换膜(pem)电解堆一般需要采用水作为反应物，其水质管理尤为重要。在实际生产运行中，经常会遇到纯水机的滤芯没有及时更换、纯水机故障以及纯水机去除杂质离子不完全等因素造成微量杂质离子(钠离子为主要成份)进入到电解槽中。在电解水电槽运行期间，金属阳离子在阴极可能发生电沉积、欠电位沉积或反应生成沉淀，残留在电解堆中，微量的阳离子会导致电解槽性能严重下降，长时间在此环境下运行，会导致电解水效率降低、能耗增加。因此pem电解槽膜电极被阳离子污染后需要及时的进行恢复处理，使性能恢复至原状态。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于pem电解槽的性能恢复方法和系统，具体采用如下技术方案：

2、一种用于pem电解槽的性能恢复方法，其包括如下步骤：

3、获取pem电解槽的恢复策略和未被污染前的初始极化曲线，所述恢复策略至少包括阶跃式恢复策略、高密度恢复策略和波动式恢复策略；

4、根据所述恢复策略改变所述pem电解槽所输入的电流密度，所述电流密度包括工作电流密度和恢复电流密度；

5、获取所述pem电解槽的实时极化曲线，判定所述实时极化曲线与初始极化曲线的重合度是否满足预设范围；

6、若所述重合度满足预设范围，则恢复输入所述pem电解槽的工作电流密度；否则重复执行所述恢复策略。

7、可选的：所述高密度恢复策略包括如下步骤：

8、根据工作电流密度确定pem电解槽的恢复电流密度：

9、

10、其中j为pem电解槽所输入的恢复电流密度；j工为pem电解槽正常工作时的工作电流密度；m为倍数，m≥2；jmax为pem电解槽所输入恢复电流密度的最大值；

11、所述pem电解槽保持通入恢复电流密度j，直至所述pem电解槽的输入电压趋于稳定，则测量所述pem电解槽的实时极化曲线。

12、可选的：所述阶跃式恢复策略包括如下步骤：

13、确定pem电解槽的恢复电流密度的调节范围；

14、根据恢复电流密度的调节范围确定调节级数n；

15、根据调节级数n和初始恢复电流密度，分别确定不同调节级数所对应的恢复电流密度：

16、

17、其中ji为pem电解槽在第i调节级数下所输入的恢复电流密度,i＝1,2,...,n；j0为初始恢复电流密度；δt为单次调整恢复电流密度的增加量；jmin为pem电解槽所输入恢复电流密度的最小值；jmax为pem电解槽所输入恢复电流密度的最大值；

18、所述pem电解槽在第i调节级数下保持通入对应的恢复电流密度ji，直至pem电解槽的输入电压趋于稳定，则进入下一调节级数；

19、直至实时极化曲线与初始极化曲线的重合度满足预设范围，恢复输入所述pem电解槽的工作电流密度。

20、可选的：所述波动式恢复策略包括如下步骤：

21、确定恢复电流密度的波动频率和波动区间；

22、确定pem电解槽的恢复电流密度：

23、

24、其中j为pem电解槽所输入的恢复电流密度；j工为pem电解槽正常工作时的工作电流密度；a为恢复电流密度的波动区间；w＝2πf,f为恢复电流密度的波动频率；jmax为pem电解槽所输入恢复电流密度的最大值；

25、所述pem电解槽周期性通入恢复电流密度j，直至实时极化曲线与初始极化曲线的重合度满足预设范围，恢复输入所述pem电解槽的工作电流密度。

26、可选的：所述波动式恢复策略包括如下步骤：

27、确定所述pem电解槽的恢复电流密度的调节范围；

28、根据所述调节范围确定调节级数n；

29、根据调节级数n和工作电流密度，分别确定不同调节级数所对应的恢复电流密度：

30、

31、其中ji为pem电解槽在第i调节级数下所输入的恢复电流密度,i＝1,2,...,n；j工为工作电流密度；δt为单次调整恢复电流密度的增加量；jmax为pem电解槽所输入恢复电流密度的最大值；

32、所述pem电解槽在第i调节级数下通入对应的恢复电流密度ji并保持30s-1min,随后执行下一调节级数；

33、所述pem电解槽以完成全部调节级数且通入的恢复电流密度降低至工作电流密度为单个周期，所述pem电解槽周期性通入恢复电流密度ji，直至实时极化曲线与初始极化曲线的重合度满足预设范围，恢复输入所述pem电解槽的工作电流密度。

34、可选的：根据所述恢复策略改变所述pem电解槽所输入的电流密度的步骤之前，还包括步骤：向所述pem电解槽内通入去离子水，并保持去离子水的流量恒定。

35、可选的：所述pem电解槽内通入的去离子水的电导率保持小于1μs/cm。

36、此外本发明公开有一种用于pem电解槽的性能恢复系统，该系统应用如上述的性能恢复方法实现pem电解槽性能恢复，所述恢复系统至少包括：

37、数据获取模块，用于获取pem电解槽的恢复策略以及未被污染前的初始极化曲线；

38、策略执行模块，用于根据所述恢复策略改变所述pem电解槽所输入的电流密度；

39、性能监测模块，用于获取所述pem电解槽的实时极化曲线；

40、结果判断模块，用于判定所述实时极化曲线与初始极化曲线的重合度并输出判定结果。

41、可选的：所述恢复系统还包括电压监控模块，所述电压监控模块用于监测输入所述pem电解槽的电压。

42、有益效果

43、本发明的技术方案获得了下列有益效果：

44、本发明的恢复方法仅通过改变通入电流密度的方式，实现pem电解槽污染恢复过程，无需引入其他反应物，便使得被阳离子污染的电解堆性能得到大幅度的改善，该方法具有快速、简单、易操作等特点，可以应用在各种场合，使得性能完全恢复。

技术特征：

1.一种用于pem电解槽的性能恢复方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的性能恢复方法，其特征在于，所述高密度恢复策略包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的性能恢复方法，其特征在于，所述阶跃式恢复策略包括如下步骤：

4.根据权利要求1所述的性能恢复方法，其特征在于，所述波动式恢复策略包括如下步骤：

5.根据权利要求1所述的性能恢复方法，其特征在于，所述波动式恢复策略包括如下步骤：

6.根据权利要求1-5任一项所述的性能恢复方法，其特征在于，根据所述恢复策略改变所述pem电解槽所输入的电流密度的步骤之前，还包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的性能恢复方法，其特征在于，所述pem电解槽内通入的去离子水的电导率保持小于1μs/cm。

8.一种用于pem电解槽的性能恢复系统，其特征在于，其应用如权利要求1-7任一项所述的性能恢复方法实现pem电解槽性能恢复，所述恢复系统至少包括：

9.根据权利要求1所述的性能恢复系统，其特征在于，所述恢复系统还包括电压监控模块，所述电压监控模块用于监测输入所述pem电解槽的电压。

技术总结
本发明涉及一种用于PEM电解槽的性能恢复方法和系统，其包括步骤获取PEM电解槽的恢复策略和初始极化曲线；根据所述恢复策略改变所述PEM电解槽所输入的电流密度；获取所述PEM电解槽的实时极化曲线，判定所述实时极化曲线与初始极化曲线的重合度是否满足预设范围；若所述重合度满足预设范围，则恢复输入所述PEM电解槽的工作电流密度；否则重复执行所述恢复策略；该方法仅通过改变通入电流密度的方式，实现了PEM电解槽污染恢复过程，无需引入其他反应物，便使得被阳离子污染的电解堆性能得到大幅度的改善，具有快速、简单、易操作等特点，可以应用在各种场合，使得性能完全恢复。

技术研发人员：刘建国,庞博,谭爱东,宋佳毅
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29