氣體供應(yīng)與控制系統(tǒng)

1)        提供精確配比的燃料氣（H?、CH?、合成氣等）和氧化劑（空氣或純氧），并控制流量和濕度。

2)        氣源：高純度H?、CH?、CO、N?、空氣（帶減壓閥）。

3)        質(zhì)量流量控制器（MFC）：精度±1% F.S.，流量范圍0–500 sccm。

4)        氣體混合器：實(shí)現(xiàn)多組分氣體（如H?/CO/N?）的均勻混合。

5)        蒸汽發(fā)生器：通過(guò)液態(tài)水蒸發(fā)產(chǎn)生H?O蒸汽，濕度范圍5–50%。

6)        氣體管路：316不銹鋼管，耐高溫、耐腐蝕。

7)        控制方式：通過(guò)PLC編程實(shí)現(xiàn)氣體流量、濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

加熱與溫度控制模塊

1)        提供穩(wěn)定的高溫環(huán)境（600–1000°C），確保SOFC正常運(yùn)行。

2)        反應(yīng)爐：最高溫度1100°C，控溫精度±1°C，加熱區(qū)長(zhǎng)度≥300 mm。

3)        預(yù)熱爐：用于反應(yīng)前的氣體加熱，最高溫度600°C，控溫精度±1°C，加熱區(qū)長(zhǎng)度≥100 mm。

4)        熱電偶：K型熱電偶，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池溫度。

5)        隔熱材料：陶瓷纖維，減少熱損失。

6)        控制方式：PID溫控器匹配功率調(diào)節(jié)，支持多段升溫程序。

燃料電池測(cè)試專(zhuān)用夾具模塊

用戶(hù)可根據(jù)需求選擇其中一種或多種

1)        半電池SOFC電池夾具，有效直徑φ12，面積1cm2，主要分析工作電極的性能；

2)        管式SOFC電池夾具，有效直徑φ12，面積1cm2，可分別分析陰陽(yáng)極催化劑的性能；

3)        板式全陶瓷制SOFC夾具，有效規(guī)格20*20mm方形，面積4cm2，全陶瓷制可避免金屬內(nèi)不良元素的影響，氣體流道設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高效的氣固反應(yīng)，集流體采用鉑網(wǎng)，接觸面積大，接觸電阻極小；

4)        板式石英制SOFC夾具，有效規(guī)格20*20mm方形，面積4cm2，可以實(shí)現(xiàn)光電熱體系下的催化劑評(píng)價(jià)。

電化學(xué)測(cè)試模塊

電化學(xué)測(cè)試模塊（選配，一般由用戶(hù)提供或采購(gòu)）

1)        功能：測(cè)量SOFC的電壓、電流、功率密度及電化學(xué)阻抗譜（EIS）。

2)        電化學(xué)工作站：支持恒電位、恒電流、EIS模式，電壓范圍±10 V，電流范圍±2 A。

3)        電流收集器：鉑或鎳網(wǎng)，確保低接觸電阻。

4)        測(cè)試夾具：氧化鋁陶瓷夾具，耐高溫、絕緣性好。

I-V曲線：掃描電壓（0.1–1.0 V），記錄電流密度。

5)        EIS：頻率范圍0.1 Hz–1 MHz，分析歐姆阻抗、活化極化和濃差極化。

數(shù)據(jù)采集

1)        功能：實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2)        數(shù)據(jù)采集卡：多通道，支持電壓、電流、溫度同步采集。

3)        軟件平臺(tái)：IoT軟件，用于數(shù)據(jù)可視化與分析。

4)        數(shù)據(jù)庫(kù)：存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)參數(shù)與結(jié)果，支持后續(xù)查詢(xún)與處理。

5)        采用15英寸工業(yè)觸控屏

GC分析模塊

選配鑫視科GC，可選擇SSC-GC60或SSC-GC70（EPC）

1)        配置在線自動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)進(jìn)樣；

2)        配置TCD、FID+轉(zhuǎn)化爐、FID毛細(xì)，三個(gè)檢測(cè)器；

3)        配置對(duì)應(yīng)的色譜柱、空氣發(fā)生器、氫氣發(fā)生器。

安全與尾氣處理模塊

1)        功能：確保實(shí)驗(yàn)安全，處理尾氣中的有害成分（如CO、H?）。

2)        氣體泄漏檢測(cè)器（標(biāo)配）：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)H?、CO濃度，超標(biāo)報(bào)警。

3)        尾氣燃燒器（選配）：將未反應(yīng)的H?/CO轉(zhuǎn)化為H?O/CO?。

4)        緊急停機(jī)系統(tǒng)（標(biāo)配）：異常情況下自動(dòng)切斷氣源和電源。

5)        通風(fēng)系統(tǒng)（用戶(hù)自備）：強(qiáng)制排風(fēng)，保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境安全。

系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

1)        高精度控制：氣體流量、溫度、濕度可精確調(diào)節(jié)，滿(mǎn)足多種實(shí)驗(yàn)需求。

2)        多功能測(cè)試：支持I-V曲線、EIS、長(zhǎng)期穩(wěn)定性等多種測(cè)試模式。

3)        安全性高：配備氣體泄漏檢測(cè)、尾氣燃燒和緊急停機(jī)系統(tǒng)。

4)        自動(dòng)化程度高：通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析與存儲(chǔ)，減少人為誤差。

應(yīng)用場(chǎng)景

1)        材料研究：評(píng)估新型電解質(zhì)、電極材料的性能。

2)        工藝優(yōu)化：優(yōu)化電池制備工藝（如燒結(jié)溫度、電極厚度）。

3)        系統(tǒng)集成：測(cè)試SOFC電堆在實(shí)際操作條件下的性能。

電池組裝與密封

將單電池置于氧化鋁測(cè)試夾具中，用玻璃陶瓷膠密封邊緣。連接Pt或Ni網(wǎng)作為電流收集器，確保低接觸電阻。

電池活化與預(yù)處理

陽(yáng)極還原：通入5% H?/Ar混合氣，升溫至800°C，保持2小時(shí)（NiO→Ni）。初始性能測(cè)試：在800°C、H?流量50 sccm下，記錄開(kāi)路電壓（OCV），驗(yàn)證電解質(zhì)致密性（OCV應(yīng)接近理論值1.1 V）。

極化曲線與功率密度

固定溫度（700°C、800°C、850°C），以10 mV/s掃描電壓（0.7–0.1 V），記錄電流密度和功率密度。

比較不同燃料（純H?、H?/CO=1:1、CH?）下的性能差異。

電化學(xué)阻抗譜（EIS）

在OCV狀態(tài)下，施加10 mV交流擾動(dòng)（頻率范圍0.1 Hz–100 kHz），擬合歐姆電阻（RΩ）、活化極化電阻（Ract）及擴(kuò)散阻抗（Rdiff）。

燃料利用率測(cè)試

固定電流密度（0.5 A/cm2），通過(guò)GC分析尾氣中未反應(yīng)的H?/CO，計(jì)算燃料利用率（η_fuel = 1 – [未反應(yīng)燃料]/[輸入燃料]）。

長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試

在0.7 V、800°C下連續(xù)運(yùn)行100小時(shí)，每10小時(shí)記錄一次電流密度和EIS，觀察性能衰減。

操作溫度

平衡效率與材料穩(wěn)定性，梯度升溫測(cè)試（600–900°C）

燃料組成

提高抗積碳能力，對(duì)比純H?、合成氣、CH?的性能差異，（H?/CO=1:1）。

陽(yáng)極孔隙率

增強(qiáng)氣體擴(kuò)散與反應(yīng)活性，調(diào)整造孔劑（石墨）含量（10–30 wt%）。

電流密度

避免濃差極化主導(dǎo)，限制最大電流密度（<1.5 A/cm2）。