電熱協(xié)同催化劑評價系統(tǒng)（光電熱）是一種結合電場和熱場協(xié)同作用的固體氧化物電解池（SOEC）實驗平臺，用于高效電解H?O/CO?制取H?/CO，是SOFC的逆向反應。

氣體供應與控制系統(tǒng)

1)        提供精確配比的反應氣體（H?O、CO?）和載氣（如N?、Ar），并控制流量和濕度。

2)        氣源：高純度CO?、H?O（蒸汽）、N?（Ar）、H2、Air（O2）（含減壓閥）。

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

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

5)        氣體混合器：實現(xiàn)多組分氣體（如H?O/CO?/N?）的均勻混合。

6)        氣體管路：316不銹鋼管，耐高溫、耐腐蝕。

7)        控制方式：通過PLC編程實現(xiàn)氣體流量、濕度的自動調節(jié)。

加熱與溫度控制模塊

1)        提供穩(wěn)定的高溫環(huán)境（600–900°C），確保SOEC正常運行。

2)        反應爐：最高溫度1100°C，控溫精度±1°C，加熱區(qū)長度≥300 mm。

3)        預熱爐：用于反應前的氣體加熱，最高溫度600°C，控溫精度±1°C，加熱區(qū)長度≥100 mm。

4)        熱電偶：K型熱電偶，實時監(jiān)測電池溫度。

5)        隔熱材料：陶瓷纖維，減少熱損失。

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

電熱系統(tǒng)催化專用夾具模塊

1)        功能：在高溫和電場協(xié)同作用下，催化H?O/CO?電解反應。

2)        SOEC單電池：電解質：YSZ或GDC薄膜（厚度10–30 μm）。陰極（燃料極）：Ni-YSZ、Ni-CeO?-YSZ或Co-Fe鈣鈦礦。陽極（氧電極）：LSCF或LSM。

3)        催化劑修飾：通過浸漬法在陰極表面負載納米催化劑（如CeO?、Co?O?）。

4)        梯度孔隙結構：優(yōu)化氣體擴散與反應活性。

5)        納米催化劑：提升電熱催化活性。

用戶可根據(jù)需求選擇其中一種或多種電熱催化專用夾具

1)        半電池SOEC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SOEC電池夾具，有效直徑φ12，面積1cm2，可分別分析陰陽極催化劑的性能；

3)        板式全陶瓷制SOEC夾具，有效規(guī)格20*20mm方形，面積4cm2，全陶瓷制可避免金屬內不良元素的影響，氣體流道設計，實現(xiàn)高效的氣固反應，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SOEC夾具，有效規(guī)格20*20mm方形，面積4cm2，可以實現(xiàn)光電熱體系下的催化劑評價。

電化學測試模塊

電化學測試模塊（選配，一般由用戶提供或采購）

1)        功能：測量SOEC的電壓、電流、功率密度及電化學阻抗譜（EIS）。

2)        電化學工作站：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)        測試夾具：氧化鋁陶瓷夾具，耐高溫、絕緣性好。

5)        I-V曲線：掃描電壓（0.5–2.5 V），記錄電流密度。

6)        EIS：頻率范圍0.1 Hz–1 MHz，分析歐姆阻抗、電荷轉移阻抗及擴散阻抗。

數(shù)據(jù)采集

1)        功能：實時采集、存儲和分析實驗數(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：IoT軟件，用于數(shù)據(jù)可視化與分析。

4)        數(shù)據(jù)庫：存儲實驗參數(shù)與結果，支持后續(xù)查詢與處理。

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)        配置在線自動閥，實現(xiàn)全自動進樣；

2)        配置TCD、FID+轉化爐、FID毛細，三個檢測器；

3)        配置對應的色譜柱、空氣發(fā)生器、氫氣發(fā)生器。

安全與尾氣處理模塊

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

2)        氣體泄漏檢測器（標配）：實時監(jiān)測H?、CO濃度，超標報警。

3)        尾氣燃燒器（選配）：將未反應的H?/CO轉化為H?O/CO?。

4)        緊急停機系統(tǒng)（標配）：異常情況下自動切斷氣源和電源。

5)        通風系統(tǒng)（用戶自備）：強制排風，保持實驗環(huán)境安全。

系統(tǒng)優(yōu)勢

1)        高精度控制：氣體流量、溫度、濕度可精確調節(jié)，滿足多種實驗需求。

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

3)        電熱協(xié)同：通過局部加熱和電場調控，研究電熱催化機制。

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

應用場景

1)        材料研究：評估新型電解質、電極材料的性能。

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

3)        系統(tǒng)集成：測試SOEC電堆在實際操作條件下的性能。

電熱催化機理

電熱催化是指在電場和熱場的協(xié)同作用下，催化反應速率和選擇性的顯著提升。

1 電場作用

l  降低活化能：電場通過改變催化劑表面的電荷分布，降低H?O/CO?分子解離的活化能。

l  促進離子遷移：電場加速O2?離子在電解質中的遷移，提高電解效率。

l  調控反應路徑：電場可改變反應中間體的吸附能，優(yōu)化反應路徑。

2 熱場作用

l  提高反應速率：高溫增加分子動能，加速H?O/CO?的吸附、解離和重組。

l  改善催化劑活性：高溫下催化劑表面重構，暴露更多活性位點。

l  增強離子導電性：高溫提升電解質和電極的離子/電子導電性。

3 電熱協(xié)同效應

l  非線性增強：電場和熱場的協(xié)同作用通常表現(xiàn)為非線性增強效應，即電熱耦合下的性能提升遠高于單獨電場或熱場的疊加。

l  局域熱點效應：電場集中區(qū)域可能產(chǎn)生局域熱點，進一步促進反應動力學。