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基于相变材料的固体氧化物电解池热管理策略研究

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为了实现波动电压输入下高温固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)的有效热管理,提出了基于相变材料(phase change material,PCM)的热管理策略.建立了 SOEC共电解水和二氧化碳的三维多物理场耦合模型,分析了基于 PCM 的热管理策略对 SOEC温度、电流密度和化学反应速率等的影响.结果表明:使用 PCM进行热管理能够有效抑制波动电压输入下 SOEC内部的温度波动,避免 SOEC内部产生剧烈的温度变化,同时能够显著提升温度均匀性.在电压从 1.34 V增加至 1.50 V再降至 1.10 V这一动态输入过程中,使用 PCM 能够使电解池的最大温度从 1 205 K降至 1 151 K,降低了 4.48%,最小温度则从 1 114 K 增加到了 1 142 K,增加了 2.51%,SOEC 温度均匀性最大可达 90.13%.基于PCM的热管理策略有利于 SOEC长期稳定运行.
Research on Thermal Management Strategies for Solid Oxide Electrolysis Cells Based on Phase Change Material
In order to achieve efficient heat management of high temperature solid oxide electrolysis cell(SOEC)under fluctuating voltage input,a heat management strategy based on phase change material(PCM)was proposed.A three-dimensional multiphysics model for co-electrolysis of H2O/CO2 in SOEC was established to analyze the impact of PCM-based thermal management strategies on SOEC temperatures,current densities,and chemical reaction rates.The results indicate that using PCM for thermal management can effectively suppress temperature fluctuations inside the SOEC under fluctuating voltage input,preventing drastic temperature changes while significantly improving temperature uniformity.During a dynamic input process from 1.34 V to 1.50 V and then down to 1.10 V,the use of PCM reduces the maximum temperature of the cell from 1 205 K to 1 151 K,a decrease of 4.45%.The minimum temperature,on the other hand,increases from 1 114 K to 1 142 K,a 2.46%increase.The temperature uniformity of the SOEC can also be improved up to 90.13%.The use of PCM-based thermal management strategies is beneficial for ensuring the long-term stable operation of SOEC.

electro-synthetic fuelsolid oxide electrolysis cellco-electrolysisthermal managementphase change material

张雪洁、费宇轩、李昂、孙铭远、朱磊、黄震

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上海交通大学 机械与动力工程学院,上海 200240

上海交通大学 智慧能源创新学院,上海 200240

电制合成燃料 固体氧化物电解池 共电解 热管理 相变材料

上海市科技重大专项项目国家自然科学基金项目国家自然科学基金项目上海市科技创新项目

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2024

内燃机工程
中国内燃机学会

内燃机工程

CSTPCD北大核心
影响因子:0.601
ISSN:1000-0925
年,卷(期):2024.45(4)
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