氫能在非化石能源中占據(jù)重要地位。在多種制氫方式中，高溫電解具有較高的制氫效率，與太陽能結(jié)合可以實現(xiàn)氫氣的潔凈制備，有望成為氫氣的主要制備方式。國際上，太陽能與高溫電解的耦合方式均為間接耦合，即利用太陽能產(chǎn)生高溫蒸汽，進而將高溫蒸汽通入固體氧化物電解池以發(fā)生電化學反應(yīng)從而制取氫氣。而這一方式存在設(shè)備集成度較低、熱能傳輸損失較大等問題。近日，中國科學院團隊提出了直接耦合式太陽能高溫電解制氫技術(shù)并研制出原理樣機。

該團隊創(chuàng)新性地提出直接耦合式太陽能高溫電解的概念和設(shè)計方案。通過研究高強度、非均勻入射輻射在多孔電極內(nèi)部的傳輸特性和聚光工況下微尺度流動與多孔結(jié)構(gòu)輻射換熱的耦合機理，該團隊研制出直接耦合式太陽能高溫電解原理樣機，揭示了聚光太陽能對電解池濃差極化的影響機理。與同規(guī)模下電加熱固體氧化物電解池相比，該技術(shù)使固體氧化物電解池啟動速度提高了近12倍，并使電解能耗降低了76%。

同時，該團隊開發(fā)了間接耦合模式下的新型太陽能高溫霧化蒸汽發(fā)生器。利用霧化氣液兩相流在多孔吸熱體內(nèi)部的熱質(zhì)傳遞強化機制，研究將蒸汽發(fā)生器的出口溫度提升到877-°C，對應(yīng)的熱效率提升了60.92%?；谶@一太陽能蒸汽發(fā)生器，該團隊進一步搭建了5kW級的太陽能高溫電解制氫系統(tǒng)。這一系統(tǒng)實測電解效率為95.2%，水蒸汽轉(zhuǎn)化率為92%。相比于傳統(tǒng)使用電或化石燃料產(chǎn)生蒸汽的電解系統(tǒng)，太陽能高溫電解制氫系統(tǒng)可節(jié)電30％。