本公開涉及電化學(xué)，尤其涉及一種固體氧化物電解單元(solid?oxideelectrolysis?cell，soec)堆塔在不均勻性影響下的最大電流密度的分析方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源和氣候危機(jī)的日益突出，探索可持續(xù)的能源轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和利用途徑變得至關(guān)重要和緊迫。作為一種清潔燃料和廣泛使用的化學(xué)原料，通過(guò)水電解產(chǎn)生的綠色氫被視為可持續(xù)能源發(fā)展的支柱。

2、在常見(jiàn)的電解技術(shù)中，soec因其工作溫度高、能效高以及可逆操作能力而脫穎而出。然而，soec的規(guī)模與其商業(yè)應(yīng)用之間仍存在差距。與低溫技術(shù)如堿性電解槽不同，其額定功率已達(dá)到兆瓦級(jí)別，單個(gè)soec堆的典型容量仍在千瓦級(jí)別，這受限于材料的固有脆性和日益嚴(yán)重的熱管理問(wèn)題。通常，堆棧被堆疊在一起形成堆棧塔，其中堆棧是串聯(lián)連接的。比如，將6個(gè)堆疊放在一起形成一個(gè)180單元的堆塔，并將10個(gè)這樣的堆塔集成到一個(gè)模塊中。此外，增加堆塔每層的單元面積是另一種放大方法。

3、目前，盡管在堆塔放大過(guò)程中對(duì)堆塔的限制因素有了定性的理解，相關(guān)技術(shù)中尚未提供合理且有效的方案對(duì)其進(jìn)行明確的定量分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本公開提出了一種soec堆塔在不均勻性影響下的最大電流密度的分析方法及裝置。

2、根據(jù)本公開的一方面，提供了一種soec堆塔在不均勻性影響下的最大電流密度的分析方法，所述方法包括：

3、獲取soec堆塔的尺寸數(shù)據(jù)，所述尺寸數(shù)據(jù)包括電池片數(shù)和單電池面積；

4、根據(jù)所述soec堆塔的尺寸數(shù)據(jù)，采用預(yù)設(shè)的等效路模型輸出得到所述soec堆塔的最大電流密度，所述等效路模型用于指示所述尺寸數(shù)據(jù)與所述最大電流密度之間的關(guān)系。

5、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述等效路模型包括電路子模型和其他子模型，所述其他子模型包括流路子模型和/或熱路子模型，所述流路子模型用于預(yù)測(cè)所述soec堆塔的燃料側(cè)氣流的氣流量分布，所述熱路子模型用于預(yù)測(cè)所述soec堆塔的電池的溫度分布，所述電路子模型用于基于所述氣流量分布和/或所述溫度分布預(yù)測(cè)所述soec堆塔的最大電流密度。

6、在另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述流路子模型的輸入?yún)?shù)包括所述soec堆塔的所述尺寸數(shù)據(jù)和總進(jìn)氣流量，所述流路子模型的輸出參數(shù)包括所述soec堆塔的每片電池氣流量和每段歧管氣流量。

7、在另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述熱路子模型的輸入?yún)?shù)包括所述soec堆塔的所述尺寸數(shù)據(jù)和電化學(xué)反應(yīng)放熱的等效熱源，所述熱路子模型的輸出參數(shù)包括所述soec堆塔的電池中央溫度和電池邊緣溫度。

8、在另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述電路子模型的輸入?yún)?shù)包括所述soec堆塔的堆塔電壓和單個(gè)電池的電池電壓，所述電路子模型的輸出參數(shù)包括所述soec堆塔的所述最大電流密度。

9、在另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述等效路模型還用于指示所述尺寸數(shù)據(jù)與所述soec堆塔的不均勻性指標(biāo)之間的第一映射關(guān)系，以及所述不均勻性指標(biāo)與所述最大電流密度之間的第二映射關(guān)系，所述不均勻性指標(biāo)包括氣流不均勻性指標(biāo)和/或熱不均勻性指標(biāo)。

10、在另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述方法還包括：

11、通過(guò)所述等效路模型確定所述soec堆塔的多種尺寸數(shù)據(jù)與多個(gè)最大電流密度之間的關(guān)系；

12、根據(jù)所述soec堆塔的多種尺寸數(shù)據(jù)與多個(gè)最大電流密度之間的關(guān)系，確定所述soec堆塔在放大過(guò)程中的目標(biāo)放大路徑，所述目標(biāo)放大路徑為在第一階段時(shí)增加所述soec堆塔的電池片數(shù)，且在第二階段時(shí)增加所述soec堆塔的單電池面積，所述第一階段早于所述第二階段。

13、根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種soec堆塔在不均勻性影響下的最大電流密度的分析裝置，所述裝置包括：

14、獲取模塊，用于獲取soec堆塔的尺寸數(shù)據(jù)，所述尺寸數(shù)據(jù)包括電池片數(shù)和單電池面積；

15、處理模塊，用于根據(jù)所述soec堆塔的尺寸數(shù)據(jù)，采用預(yù)設(shè)的等效路模型輸出得到所述soec堆塔的最大電流密度，所述等效路模型用于指示所述尺寸數(shù)據(jù)與所述最大電流密度之間的關(guān)系。

16、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述等效路模型包括電路子模型和其他子模型，所述其他子模型包括流路子模型和/或熱路子模型，所述流路子模型用于預(yù)測(cè)所述soec堆塔的燃料側(cè)氣流的氣流量分布，所述熱路子模型用于預(yù)測(cè)所述soec堆塔的電池的溫度分布，所述電路子模型用于基于所述氣流量分布和/或所述溫度分布預(yù)測(cè)所述soec堆塔的最大電流密度。

17、在另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述流路子模型的輸入?yún)?shù)包括所述soec堆塔的所述尺寸數(shù)據(jù)和總進(jìn)氣流量，所述流路子模型的輸出參數(shù)包括所述soec堆塔的每片電池氣流量和每段歧管氣流量。

18、在另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述熱路子模型的輸入?yún)?shù)包括所述soec堆塔的所述尺寸數(shù)據(jù)和電化學(xué)反應(yīng)放熱的等效熱源，所述熱路子模型的輸出參數(shù)包括所述soec堆塔的電池中央溫度和電池邊緣溫度。

19、在另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述電路子模型的輸入?yún)?shù)包括所述soec堆塔的堆塔電壓和單個(gè)電池的電池電壓，所述電路子模型的輸出參數(shù)包括所述soec堆塔的所述最大電流密度。

20、在另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述等效路模型還用于指示所述尺寸數(shù)據(jù)與所述soec堆塔的不均勻性指標(biāo)之間的第一映射關(guān)系，以及所述不均勻性指標(biāo)與所述最大電流密度之間的第二映射關(guān)系，所述不均勻性指標(biāo)包括氣流不均勻性指標(biāo)和/或熱不均勻性指標(biāo)。

21、在另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述裝置還包括：確定模塊，用于：

22、通過(guò)所述等效路模型確定所述soec堆塔的多種尺寸數(shù)據(jù)與多個(gè)最大電流密度之間的關(guān)系；

23、根據(jù)所述soec堆塔的多種尺寸數(shù)據(jù)與多個(gè)最大電流密度之間的關(guān)系，確定所述soec堆塔在放大過(guò)程中的目標(biāo)放大路徑，所述目標(biāo)放大路徑為在第一階段時(shí)增加所述soec堆塔的電池片數(shù)，且在第二階段時(shí)增加所述soec堆塔的單電池面積，所述第一階段早于所述第二階段。

24、根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種soec堆塔在不均勻性影響下的最大電流密度的分析裝置，所述裝置包括：

25、處理器；

26、用于存儲(chǔ)處理器可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器；

27、其中，所述處理器被配置為在執(zhí)行所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的指令時(shí)，實(shí)現(xiàn)上述方法。

28、根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序指令，其中，所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法。

29、根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)可讀代碼，或者承載有計(jì)算機(jī)可讀代碼的非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)可讀代碼在計(jì)算設(shè)備的處理器中運(yùn)行時(shí)，所述計(jì)算設(shè)備中的處理器執(zhí)行上述方法。

30、本公開實(shí)施例通過(guò)獲取soec堆塔的尺寸數(shù)據(jù)，尺寸數(shù)據(jù)包括電池片數(shù)和單電池面積；根據(jù)soec堆塔的尺寸數(shù)據(jù)，采用預(yù)設(shè)的等效路模型輸出得到soec堆塔的最大電流密度，等效路模型用于指示尺寸數(shù)據(jù)與最大電流密度之間的關(guān)系；即提供了一種方法來(lái)定量分析尺寸數(shù)據(jù)對(duì)最大電流密度的影響，通過(guò)理解尺寸數(shù)據(jù)與堆塔性能之間的關(guān)系，可以更有效地設(shè)計(jì)soec堆塔，以達(dá)到更高的氫氣產(chǎn)率和系統(tǒng)效率。優(yōu)化的堆塔設(shè)計(jì)可以減少材料使用和提高能源效率，從而降低系統(tǒng)的總體成本。總之，這種方法為soec堆塔的設(shè)計(jì)和操作提供了一種科學(xué)和技術(shù)上的支持，有助于推動(dòng)固態(tài)氧化物電解技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

31、根據(jù)下面參考附圖對(duì)示例性實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，本公開的其它特征及方面將變得清楚。