[發明專利]一種堿液電解制氫動態模型及應用

在審

• 申請號: 202110851756.7
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113470759A
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 程浩然;夏楊紅;韋巍;趙波;周永智
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10;G06F30/20;C25B1/04;G06F111/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明提出了一種堿液電解制氫動態模型，該模型在雙電層電容模型的基礎上，在電路中增加串聯一個電感，該電感是由溶液中OH^?離子運動的慣性所導致的，電感大小與溶液濃度成函數關系。具體包括：電解槽兩極板之間存在電容效應導致的雙電荷層電容，電容與溶液交界面存在的跨界面電阻，電解質溶液中存在的溶液電阻和電感。其中，每個電解槽中的雙電荷層電容與跨界面電阻分別并聯后與溶液電阻和電感依次串聯。溶液溫度越高，溶液中OH^?離子運動速率越快，溶液電阻越小，電解質溶液電阻的大小與溶液溫度成函數關系。采用本發明公開的模型，能夠減小傳統機理模型的復雜程度，提高了計算效率，具有較高的實際應用價值。

技術領域

本發明涉及一種基于堿液電解制氫動態模型，應用于新能源領域中的氫電耦合單元建模的研究和應用。

背景技術

中國未來能源供需的缺口將會越來越顯著，在世界性的石油價格上漲趨勢面前，我國能源供應的可靠性和安全性必將受到威脅。同時，新的經濟浪潮對能源需求的日益增加，全球一體化進程的加速，都對新能源的開發產生了支持、推動和刺激的作用。要解決中國能源供應不足的問題，中國需要大規模的引入和發展可再生能源和地球上蘊藏的新能源，從而減少對化石能源和國際能源市場的依賴。

氫能和可再生能源耦合利用是實現規模化替代化石燃料的重要途徑，氫能微網可有效平抑可再生能源波動、提高消納水平，推進能源清潔化替代，是國內外實現能源轉型的重要方向。氫能利用效率和動態特性瓶頸仍未突破，氫熱電多能流協同調度尚未完善，嚴重制約了系統的安全、穩定、經濟運行，迫切需要突破建設國產化氫能關鍵設備和系統集成的工程驗證平臺的一系列關鍵問題。

發明內容

本發明旨在針對現有技術的不足，提出一種堿液電解制氫動態模型，所述的堿液電解制氫是指當電流通過電解槽時，在陽極與溶液界面處發生氧化反應，制取出氧氣。在陰極與溶液界面處發生還原反應，制取出氫氣。所述堿液電解制氫動態模型用于描述堿液電解制氫動態特性，具體包括：電解室兩極板之間存在電容效應導致的雙電荷層電容C_d，電容與溶液交界面存在的跨界面電阻R_s，電解質溶液中存在的溶液電阻R_p，電解質溶液中OH^-離子運動的慣性效應導致的電感L_p。其中，每個電解室中的雙電荷層電容C_d與跨界面電阻R_s分別并聯后與溶液電阻R_p和電感L_p依次串聯。所述電感L_p大小與堿液中堿的質量分數w有關，表示為：

Lp＝-1.371×10^-6×w²+2.3×10^-4×w-1.6×10^-3,0＜w＜90％。

進一步地，所述雙電荷層電容C_d大小與極板間距和極板相對面積有關，表示為：

其中，S為兩極板的相對面積，d為兩極板的間距。

進一步地，溶液溫度越高，溶液中OH-離子運動速率越快，溶液電阻越小，所以該模型中的溶液電阻與溶液溫度有關，表示為：

R_p＝-1.75×10^-6×T³+2.93×10^-4×T²-1.66×10^-2×T+0.4174,10≤T≤70℃。

其中，T是堿液的溫度。

進一步地，跨界面電阻R_s表示為：

R_s＝-6.93×10^-6×T²+2.378×10^-3×T+0.128,10≤T≤70℃