电解制氢装置的气体渗透系统和测试方法与流程

本发明涉及氢气制备，具体涉及一种电解制氢装置的气体渗透系统和测试方法。

背景技术：

1、氢气是一种同时具备物质属性和能量属性的能源载体，并在工业生产、电的能量载体、电合成燃料、供热以及交通领域发挥着重要的作用，涉及能源的各个领域，在全球脱碳中具有较高的潜在市场价值。可再生能源如风电具有间歇性、周期性和地域性，存在跨季节大规模储能的挑战。利用可再生能源电解水制氢是一种理想的大规模、长周期的储能方式，同时氢气还是交通、工业、电力、建筑等领域中重要的燃料和化学原料。

2、电解池的阴极和阳极之间通常采用隔膜来隔绝两侧气体以提高气体纯度，包括无机隔膜、有机聚合物隔膜以及有机-无机聚合物隔膜。此类隔膜虽然能将绝大部分的气体进行隔绝，但仍然无法实现100％的气体隔绝，尤其是在波动性电力下。对气体渗透量的测量是至关重要的，以便于对产品气纯度质量以及安全风险进行准确评估。通常的气体渗透测量是在气体出口使用传感器测量，测试条件苛刻，且传感器价格昂贵。因此需要一种方案，以解决电解制氢系统的气体渗透量测量器价格昂贵且测试条件苛刻的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种电解制氢装置的气体渗透系统和测试方法，以解决电解制氢系统的气体渗透量测量器价格昂贵且测试条件苛刻的问题。

2、本发明提供一种电解制氢装置的气体渗透测试系统，包括：待测电解池，待测电解池包括由隔膜间隔开的阳极流道和阴极流道；电解质循环组件，电解质循环组件连通阳极流道或阴极流道其中之一，使电解液在电解质循环组件和阴极流道或阳极流道之间循环；测压组件，测压组件包括缓冲罐，缓冲罐连通阴极流道和阳极流道中未连接电解质循环组件的一侧；缓冲罐设置有测压装置，用于监控缓冲罐内气压。

3、可选的，阳极流道作为电解质侧，连通电解质循环组件，阴极流道作为非电解质侧，连通缓冲罐；或者，阴极流道作为电解质侧，连通电解质循环组件，阳极流道作为非电解质侧，连通缓冲罐。

4、可选的，电解制氢装置的气体渗透测试系统还包括：电流源，电流源电连接待测电解池的阴极和阳极，提供输出电流。

5、可选的，电流源的电流调整精度高于0.1％，电流源的电流电压数据的采集频率高于1ms。

6、可选的，电解质循环组件包括：电解质储存罐，电解质储存罐通过电解质管路连通待测电解池的电解质消耗侧；电解质管路上设置有电解质循环泵，为电解液的循环提供动力。

7、可选的，缓冲罐通过输气管路连通待测电解池的非电解质侧；缓冲罐还分别连通液体泄压管路和气体泄压管路；液体泄压管路上设置有电解质泄压阀；气体泄压管路上设置有截止阀。

8、本发明还提供一种电解制氢装置的气体渗透测试方法，使用本发明提供的电解制氢装置的气体渗透测试系统；包括以下步骤：启动电解液循环，使电解液在待测电解池的电解质侧和电解质循环组件之间循环；向待测电解池供电，非电解质侧开始产生气体，产生的气体流入缓冲罐；调整供电电流，使缓冲罐内的压力逐渐上升，直至缓冲罐内压力稳定保持不变；记录此时温度t0和供电电流值i0；根据以下公式计算对应的渗透通量

9、

10、式中，r为理想气体常数；f为法拉第常数；tref为预先标定的参考温度；a为渗透能；将预先标定的tref对应的渗透能a代入，计算得到渗透通量根据渗透通量评估计算待测电解池的气体渗透状况。

11、可选的，调整供电电流步骤中，自初始电流值开始逐渐增大，初始电流值为待测电解池的额定电流的0.01％。

12、可选的，调整供电电流步骤中，电流逐渐增大过程中，每次调整幅度为初始电流值的50％-100％。

13、可选的，测试过程中，缓冲罐仅连通待测电解池的非电解质侧，封闭其他全部对外出口。

14、本发明的有益效果在于：

15、本发明提供的电解制氢装置的气体渗透测试系统，通过电解质循环组件和待测电解池的单侧流道连通，使得电解液仅在单侧流道中循环，从而产生的气体如果发生渗透，则会从隔膜渗透至未通入电解液一侧；通过缓冲罐的设置，这部分渗透出的气体会进入缓冲罐，从而可以根据缓冲罐内气体的气压情况，测算待测电解池连通电解质循环组件一侧流道的气体渗透情况。相应的，如果需要测试另一侧的渗透情况，只需将电解质循环组件和测压组件与待测电解池的连通情况互换一下即可。这样的电解制氢装置的气体渗透测试系统组件结构简单，测试条件较易达成，成本较低，可以解决电解制氢系统的气体渗透量测量器价格昂贵且测试条件苛刻的问题。

16、本发明提供的电解制氢装置的气体渗透测试方法，使用本发明提供的电解制氢装置的气体渗透测试系统。使用本实施例提供的测试方法，在本发明提供的电解制氢装置的气体渗透测试系统中，调节电流逐渐增加，至缓冲罐内气体压力不再变化趋于稳定时，认为此时产生的气体量即通过隔膜渗透出来的气体量。因此时压力不再变化，因而测得的数值为稳态数值，便于计算。如此使得测试电解池中的气体渗透情况，转换为测量缓冲罐内的气体压力，进而转换测算气体渗透通量，从而可以评估该待测电解池的气体渗透情况。这样的电解制氢装置的气体渗透测试方法测试条件较易达成，成本较低，可以解决电解制氢系统的气体渗透量测量器价格昂贵且测试条件苛刻的问题。

技术特征：

1.一种电解制氢装置的气体渗透测试系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电解制氢装置的气体渗透测试系统，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的电解制氢装置的气体渗透测试系统，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求3所述的电解制氢装置的气体渗透测试系统，其特征在于，

5.根据权利要求2所述的电解制氢装置的气体渗透测试系统，其特征在于，

6.根据权利要求2所述的电解制氢装置的气体渗透测试系统，其特征在于，

7.一种电解制氢装置的气体渗透测试方法，其特征在于，使用如权利要求2-6中任一项所述的电解制氢装置的气体渗透测试系统；包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的电解制氢装置的气体渗透测试方法，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的电解制氢装置的气体渗透测试方法，其特征在于，

10.根据权利要求7所述的电解制氢装置的气体渗透测试方法，其特征在于，

技术总结本发明公开了提供一种电解制氢装置的气体渗透测试系统和测试方法。气体渗透测试系统包括：待测电解池，待测电解池包括由隔膜间隔开的阳极流道和阴极流道；电解质循环组件，电解质循环组件连通阳极流道或阴极流道其中之一，使电解液在电解质循环组件和阴极流道或阳极流道之间循环；测压组件，测压组件包括缓冲罐，缓冲罐连通阴极流道和阳极流道中未连接电解质循环组件的一侧；缓冲罐设置有测压装置，用于监控缓冲罐内气压。本发明可以解决电解制氢系统的气体渗透量测量器价格昂贵且测试条件苛刻的问题。技术研发人员：石平,陈凡,何鹏,曹文红,杜正良,黄国明,夏明,邝周凌受保护的技术使用者：浙江蓝能氢能科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2