一种固体氧化物电解池测试装置

本技术涉及固体氧化物电解池领域，具体涉及一种固体氧化物电解池测试装置。

背景技术：

1、固体氧化物电解池(soec)可利用可再生能源和工业余热电解水蒸气制取绿氢，共电解二氧化碳和水制备合成气，其电效率可达100％，系统效率可达到90％。为了进一步降低制备成本、提高关键组件的稳定性，近年来基于质子导体电解质的固体氧化物电解池引起广泛关注。质子传导活化能为0.3～0.5ev，低于氧离子传导活化能(0.8～0.9ev)，使得基于质子导体电解质的固体氧化物电解池有望在400～600℃运行温度下保持较高的性能。但是，在实际研究中发现，质子导体电解质一般还具有一定的电子导电率，基于质子导体的电解池的法拉第效率达不到100％，且法拉第效率随着工况会变化。

2、目前，现有的电解池测试装置无法对不同工况下电解性能和电解效率实现实时监控测试，导致对电解池评价信息的不完整。因此，本领域急需开发一种可以对电解池综合性能能够给出及时、完整且准确性能参数的测试装置。

技术实现思路

1、针对上述不足本实用新型提供一种固体氧化物电解池测试装置，能对电解池综合性能给出及时、完整且准确性能参数的测试结果。

2、本实用新型第一方面保护一种固体氧化物电解池测试装置，包括氮气入口、空气入口、氢气入口、氦气入口和蒸汽发生器；

3、所述氮气入口顺次通过氮气流量计、第一阀门和第七阀门与固体氧化物电解池相连，所述固体氧化物电解池置于加热炉内，所述第一阀门与所述第七阀门之间的管路为第一管路；

4、所述氢气入口顺次通过氢气流量计和第二阀门与所述第一管路的侧壁相连；

5、所述氦气入口顺次通过氦气流量计和第三阀门与气相色谱相连，所述第三阀门和所述气相色谱之间的管路为第二管路；

6、所述第二管路的侧壁通过第五阀门与所述第一管路的侧壁相连，所述第二管路的侧壁还通过第六阀门和冷凝器与所述固体氧化物电解池相连；

7、所述空气入口顺次通过空气流量计、第九阀门和第四阀门与所述固体氧化物电解池相连，所述第九阀门和所述第四阀门之间的管路为第三管路；

8、所述蒸汽发生器通过第八阀门与所述第三管路的侧壁相连。

9、进一步地，所述加热炉与温控表连接。

10、进一步地，所述固体氧化物电解池还与电源连接。

11、进一步地，所述空气流量计、所述氮气流量计、所述氢气流量计、所述氦气流量计、所述气相色谱和所述电源均与电脑电连接。

12、进一步地，所述蒸汽发生器的远离所述第八阀门的一侧通过平流泵与水罐相连。

13、本实用新型第二方面保护上述装置的测试方法，包括如下步骤：

14、s1、连通所述氢气入口至所述气相色谱之间的管路，制作氢气在所述气相色谱中的氢气流量标定面积，所述氢气流量标定面积中，氢气流量a与所述氢气在所述气相色谱中的峰面积s1相对应；

15、s2、连通所述氢气入口至所述固体氧化物电解池之间的管路，调节所述氢气的流量为n1，得到所述氢气在所述气相色谱中的峰面积为s2，所述固体氧化物电解池的电流为i，则所述固体氧化物电解池的法拉第电解效率为：其中，z为电子转移数，f为法拉第常数。

16、本实用新型第三方面保护上述装置或方法在电解池寿命测试中的应用，所述电解池寿命测试包括恒压模式、恒流模式和恒功率模式。

17、有益效果：

18、本实用新型的测试装置结构简单，功能全备，自动化程度高，既可以测试电解池的电化学性能如功率曲线，也可在恒压、恒流、恒功率等多种模式下进行寿命测试，实现不同工况下电解性能的实时测试。

19、与现有测试装置相比，本测实用新型的试装置最突出优点为，可实现不同工况下电解池法拉第效率的实时测试。本测试装置通过耦合气相色谱，保证气密性良好前提下，通过标定气体、反应气体的灵活切换，以及相关数据的自动采集，实现了不同工况下电解池法拉第效率的实时测试，特别适用质子传导型电解池的测试，弥补了质子传导型电解质在电解效率实时测试的技术空白，具有很好的应用前景。

技术特征：

1.一种固体氧化物电解池测试装置，其特征在于，包括氮气入口(23)、空气入口(1)、氢气入口(20)、氦气入口(17)和蒸汽发生器(27)；

2.根据权利要求1所述的固体氧化物电解池测试装置，其特征在于，所述加热炉(6)与温控表(5)连接。

3.根据权利要求1所述的固体氧化物电解池测试装置，其特征在于，所述固体氧化物电解池(7)与电源(8)连接。

4.根据权利要求3所述的固体氧化物电解池测试装置，其特征在于，所述空气流量计(2)、所述氮气流量计(22)、所述氢气流量计(19)、所述氦气流量计(16)、所述气相色谱(11)和所述电源(8)均与电脑(9)电信号连接。

5.根据权利要求1所述的固体氧化物电解池测试装置，其特征在于，所述蒸汽发生器(27)的远离所述第八阀门(3)的一侧通过平流泵(26)与水罐(25)相连。

技术总结
本技术公开了一种固体氧化物电解池测试装置，属于固体氧化物电解池领域。本技术包括氮气入口、空气入口、氢气入口、氦气入口和蒸汽发生器；所述氮气入口、所述氢气入口和所述氦气入口均通过流量计和阀体分别与固体氧化物电解池和气相色谱相连；所述空气入口和所述蒸汽发生器均通过流量计和阀体仅与固体氧化物电解池相连。本技术的测试装置结构简单，功能全备，自动化程度高，既可以测试电解池的电化学性能如功率曲线，也可在恒压、恒流、恒功率等多种模式下进行寿命测试，实现不同工况下电解性能的实时测试。

技术研发人员：李木清,赵哲,邵志刚
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：20221208
技术公布日：2024/1/13