氣體供應與控制系統

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：實現多組分氣體（如H?/CO/N?）的均勻混合。

5)        蒸汽發(fā)生器：通過液態(tài)水蒸發(fā)產生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PLC編程實現氣體流量、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（600–1000°C），確保SOFC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。

燃料電池測試專用夾具模塊

用戶可根據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不良元素的影響，氣體流道設計，實現高效的氣固反應，集流體采用鉑網，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，可以實現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SOFC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，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。

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。

數據采集

1)        功能：實時采集、存儲和分析實驗數據。

2)        數據采集卡：多通道，支持電壓、電流、溫度同步采集。

3)        軟件平臺：IoT軟件，用于數據可視化與分析。

4)        數據庫：存儲實驗參數與結果，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（標配）：異常情況下自動切斷氣源和電源。

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

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

4)        自動化程度高：通過軟件實現數據采集、分析與存儲，減少人為誤差。

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)        系統集成：測試SOFC電堆在實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試夾具中，用玻璃陶瓷膠密封邊緣。連接Pt或Ni網作為電流收集器，確保低接觸電阻。

電池活化與預處理

陽極還原：通入5% H?/Ar混合氣，升溫至800°C，保持2小時（NiO→Ni）。初始性能測試：在800°C、H?流量50 sccm下，記錄開路電壓（OCV），驗證電解質致密性（OCV應接近理論值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。

電化學阻抗譜（EIS）

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

燃料利用率測試

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

長期穩(wěn)定性測試

在0.7 V、800°C下連續(xù)運行100小時，每10小時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，梯度升溫測試（600–900°C）

燃料組成

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

陽極孔隙率

增強氣體擴散與反應活性，調整造孔劑（石墨）含量（10–30 wt%）。

電流密度

避免濃差極化主導，限制最大電流密度（<1.5 A/cm2）。