电堆科技SOEC－CH4制氢系统最新研发进展

2024年6月28日，电堆科技发布了全球首款SOEC-CH4电解水耦合天然气制氢电堆。

截至2024年8月8日，制氢系统研发进展如下：

-单电池-

图a

工作温度的选取：根据产氢量(1.5Nm?/h @ 60 cells)制定60A作为额定运行电流。

如之前文章所述，电解水耦合天然气氧化反应的热中性电压为300mV，电堆科技选取400mV作为运行工况以便电堆处于微放热状态，故实际运行时需满足400mV@60A。

根据图a不同操作温度下的电流-电压曲线选定600℃作为电堆的工作温度。

图b

图a电流-电压曲线的斜率反映了单电池在工作时的总阻抗，与图b交流阻抗图谱测试结果一致。

图b欧姆电阻与8YSZ理论电导率计算结果一致。

图c

CH4能否完全转化？出口是否高纯CO2？

对甲烷侧尾气在不同工况下的气体组分做了测试，随着电解电压的增加CH4被完全氧化，在60A额定工况下尾气CO2含量高于90%（保留10%H2以防止甲烷侧电极氧化）。

图d

单电池长期测试：单电池在额定工况下运行超300小时，电压无衰减，持续测试中。

-电堆-

重复单元

15片电堆

30片电堆

电堆研发遵循5片电池组成的重复单元-3组重复单元构成的15片电堆-6组重复单元构成的30片电堆路径。

在5片电池组成的重复单元中，每片电池的电化学性能一致性优异，与单电池测试结果相比略有损失。

3组重复单元组成的15片电堆中，每组重复单元的电化学性能一致性良好，与单个重复单元的结果相比又有些许损失。

6组重复单元组成的30片电堆中，电化学性能达到设计指标(12V@60A)，然每组重复单元的电化学性能一致性稍差，目前在优化电堆结构以实现重复单元在整堆中的电化学性能一致性。

-BOP（热处理）-

目前已针对BOP（热处理）的核心反应区进行了预测试，结果表明，进出气温度、换热效率、物质流循环系数等关键参数基本达到设计要求，下一步将不断细化测试条件和反应条件并继续测试。

核心区包括电堆加热保温区、蒸汽发生-电加热区、尾气能量热交换区、进气物质流循环区等部分，电堆反应温度和实际进气控制在约600℃，并考察各区域温度和出口混合水气温度，在终端不增加冷凝设备的情况下，尾气出口温度达到约80℃，表明尾气能量在热交换区已被充分回收利用， 极大地降低了反应电耗。

电堆科技的SOEC-CH4电解水耦合天然气制氢技术，适用于分布式、小型化、即产即用的制氢场景，如：工业制程（金属加工、玻璃等产品制造、发电机冷却等）、社区供能、分布式发电、制加氢一体站等。

由于CH4的引入，制氢电耗大幅降低，理论上可实现制取1标方氢气仅消耗1度电（同时消耗0.25标方CH4）。

技术原理请参考电堆科技CEO仝永成博士所作《热化学与电化学的碰撞：SOEC-CH4》