清晨好,您是今天最早来到科研通的研友!由于当前在线用户较少,发布求助请尽量完整地填写文献信息,科研通机器人24小时在线,伴您科研之路漫漫前行!

Benchmarking solid oxide electrolysis cell-stacks for industrial Power-to-Methane systems via hierarchical multi-scale modelling

标杆管理 工艺工程 氧化物 比例(比率) 电解 电力转天然气 计算机科学 环境科学 材料科学 化学工程 甲烷 工程类 化学 电解质 冶金 电极 业务 物理 物理化学 有机化学 量子力学 营销
作者
Lukas Wehrle,Daniel Schmider,Julian Dailly,Aayan Banerjee,Olaf Deutschmann
出处
期刊:Applied Energy [Elsevier]
卷期号:317: 119143-119143 被引量:59
标识
DOI:10.1016/j.apenergy.2022.119143
摘要

Power-to-Gas (PtG) is prognosticated to realize large capacity increases and create substantial revenues within the next decade. Due to their inherently high efficiencies, solid oxide electrolysis cells (SOECs) have the potential to become one of the core technologies in PtG applications. While thermal integration of the high-temperature SOEC module with downstream exothermic methanation is a very potent concept, the performance of SOECs needs to be boosted to amplify the technologies impact for future large-scale plants. Here, we use a combined experimental and modelling approach to benchmark commercial electrolyte- (ESC) and cathode-supported cell (CSC) designs on industrial-scale planar SOEC stack performance. In a first step, comprehensive electrochemical and microstructural analyses are carried out to parametrize, calibrate and validate a detailed multi-physics 2D cell model, which is then used to study the cells’ behaviour in detail. The analysis reveals that there exists a cell-specific threshold steam conversion of ∼80% for the ESC and ∼75% for the CSC design, which represents a maximum of the total (heat plus electrical) electrolysis efficiency. Moreover, while the ESC-design suffers from performance reductions under pressurized conditions, considerable performance increases of ∼9% at 20 atm (700 °C, 1.35 V) compared to atmospheric pressure are predicted for the CSC design, showcasing a unique advantage of the CSC cell for process integration with the catalytic methanation. Subsequently, based on a 3D stack model, a scale-up to the industrial stack size is conducted. To comparatively assess stack performances under application-oriented conditions, optimization studies are carried out for 150-cell stack units based on the two cell designs individually. When optimally selecting the stack operation points, the model predicts the CSC-based stack to reach a high capacity up to 36.6 kW (∼10.6 Nm3 H2 h−1) at 1.35 V and 700 °C, whilst ensuring reasonably low temperature gradients (<10 K cm−1) and sweep gas cooling requirements (<30 sccm cm−2). Thus, CSC-design stacks incorporating such a highly active cell design can be expected to further boost the competitiveness of high-temperature electrolysis in PtG plant concepts.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
悄悄完成签到 ,获得积分10
3秒前
TL完成签到 ,获得积分10
4秒前
carl完成签到,获得积分10
5秒前
回忆应助朱鑫汗采纳,获得10
5秒前
害怕的冰颜完成签到 ,获得积分10
23秒前
追梦完成签到,获得积分10
31秒前
小小咸鱼完成签到 ,获得积分10
32秒前
陈A完成签到 ,获得积分10
37秒前
秋夜临完成签到,获得积分0
58秒前
跳跃的鹏飞完成签到 ,获得积分0
1分钟前
海英完成签到,获得积分10
1分钟前
luobote完成签到 ,获得积分10
1分钟前
吕佳完成签到 ,获得积分10
1分钟前
限量版小祸害完成签到 ,获得积分10
1分钟前
qiqi完成签到,获得积分10
1分钟前
1分钟前
我是老大应助Joy采纳,获得10
1分钟前
qiqiqiqiqi完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Singularity完成签到,获得积分0
1分钟前
早睡早起身体好Q完成签到 ,获得积分10
1分钟前
沉静香氛完成签到 ,获得积分10
1分钟前
naczx完成签到,获得积分0
1分钟前
李志全完成签到 ,获得积分10
1分钟前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
xgx984完成签到,获得积分10
1分钟前
共享精神应助keke采纳,获得10
1分钟前
Nene完成签到 ,获得积分10
2分钟前
ChatGPT完成签到,获得积分10
2分钟前
大模型应助Zhuyin采纳,获得10
2分钟前
2分钟前
MoodMeed完成签到,获得积分10
2分钟前
2分钟前
Joy发布了新的文献求助10
2分钟前
keke发布了新的文献求助10
2分钟前
顺利问玉完成签到 ,获得积分10
2分钟前
害羞的裘完成签到 ,获得积分10
2分钟前
此时此刻完成签到 ,获得积分10
2分钟前
SciGPT应助Joy采纳,获得10
2分钟前
2分钟前
mengqing发布了新的文献求助10
2分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Basic And Clinical Science Course 2025-2026 3000
人脑智能与人工智能 1000
花の香りの秘密―遺伝子情報から機能性まで 800
Terminologia Embryologica 500
Process Plant Design for Chemical Engineers 400
Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, 3rd Edition 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5612035
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4696186
关于积分的说明 14890583
捐赠科研通 4731071
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2546115
邀请新用户注册赠送积分活动 1510425
关于科研通互助平台的介绍 1473310