固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法和装置，其中，固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法，包括以下步骤：根据临界电压与泰勒锥顶有质分子表面张力间的关系确定待优化变量；采用有限元法对所述待优化变量进行优化，以获取优化变量；根据所述优化变量构建固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布系统。根据本发明专利技术实施例的固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法，能够大大提高固体聚合物电解质电解水制氢的效率。氢的效率。氢的效率。

【技术实现步骤摘要】
固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法和装置


[0001]本专利技术涉及电解水制氢
，具体涉及一种固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法和一种固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化装置。

技术介绍

[0002]氢能作为一种清洁、高效能源日益受到人们广泛的重视。寻找一种廉价，高效和稳定的最佳制氢方法是氢能源商业化应用的关键。固体聚合物电解质(SPE)电解水制氢技术具有效率高、能耗低、电解质性能稳定、安全可靠等优点，在军事、能源、工业、科研等方面用途广泛且发展潜力很大。然而由于SPE膜电极催化剂成本较高，目前为止电解水制氢仍无法达到大规模工业化产氢要求，如何提高产氢效率是其核心问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法，能够大大提高固体聚合物电解质电解水制氢的效率。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一种固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法，包括以下步骤：根据临界电压与泰勒锥顶有质分子表面张力间的关系确定待优化变量；采用有限元法对所述待优化变量进行优化，以获取优化变量；根据所述优化变量构建固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布系统。
[0006]通过以下公式生成所述临界电压与泰勒锥顶有质分子表面张力间的关系：
[0007][0008]其中，h为夹具和碳板的尖端与平板间的几何距离，l为有质溶液射流的长度，r为尖端针口的外直径，P为尖端泰勒锥顶有质分子表面张力。
[0009]所述待优化变量为所述临界电压和所述夹具和所述碳板的尖端与所述平板间的几何距离。
[0010]一种固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化装置，包括以下步骤：确定模块，所述确定模块用于根据临界电压与泰勒锥顶有质分子表面张力间的关系确定待优化变量；获取模块，所述获取模块用于采用有限元法对所述待优化变量进行优化，以获取优化变量；构建模块，所述构建模块用于根据所述优化变量构建固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布系统。
[0011]一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述的固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法。
[0012]一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法。
[0013]本专利技术的有益效果：
[0014]本专利技术能够大大提高固体聚合物电解质电解水制氢的效率。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例的固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法的流程图；
[0016]图2为本专利技术一个实施例的加入电场分布后的电解水制氢装置的结构示意图；
[0017]图3为本专利技术实施例的固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化装置的方框示意图。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]图1是根据本专利技术实施例的固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法的流程图。
[0020]具体地，如图1所示，本专利技术实施例的固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法可包括以下步骤：
[0021]S1，根据临界电压与泰勒锥顶有质分子表面张力间的关系确定待优化变量。
[0022]具体而言，如图2所示，本专利技术加入电场分布后的电解水制氢装置可包括电场电极板、有机玻璃夹具、碳板和质子交换膜，其中，质子交换膜设置在碳板中间。
[0023]对应的，在本专利技术的一个实施例中，可通过以下公式生成临界电压与泰勒锥顶有质分子表面张力间的关系：
[0024][0025]其中，h为夹具和碳板的尖端与平板间的几何距离，l为有质溶液射流的长度，r为尖端针口的外直径，P为尖端泰勒锥顶有质分子表面张力。
[0026]假设该临界电压产生理想电场，即电解水装置工作过程中电场分布均匀，那么对于仅包含有机玻璃夹具和碳板的电解水装置，电场强度和电压间关系可简化描述为：
[0027][0028]建立电场分布系统首先要确定电场的可控性，也就是要明确电解水过程操作条件对其影响规律，综合考虑上述公式可知其主要影响因素为：零部件间距离和位置、电压U，也就是说，待优化变量为临界电压和夹具和所述碳板的尖端与所述平板间的几何距离。而各关键参数间势必存在相互影响，从而导致难以总结变化规律且分析结果与实际情况存在差距。
[0029]S2，采用有限元法对待优化变量进行优化，以获取优化变量。
[0030]具体而言，本专利技术采用有限元法对电解水电场分布进行分析，并优化其待优化变量。有限元分析法是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的或者较简单的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
[0031]有限元分析法最初作为一种现代计算方法应用于结构力学分析，随后很快广泛的应用于求解电磁场、热传导、流体力学等问题。有限元方法已经能够应用的领域有：水工、土建、桥梁、机械、电机、冶金、造船、飞机、导弹、宇航、核能、地震、物探、气象、渗流、水声、力学、物理学等等，几乎包含所有的科学研究和工程

[0032]基于有限元分析法编制的工具软件，即有限元分析软件。有限元软件利用有限元法仿真实验体。常见通用有限元软件包括LUSAS,MSC.Nastran、Ansys、Abaqus、Algor、Femap/NX Nastran、Hypermesh、COMSOL Multiphysics、FEPG等等。其中，Ansys软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。它能与CAD软件接口，实现数据的共享和交换。其中，本专利技术可利用Ansys软件来模拟不可视的电场强度分布，仿真电场对电解水实验的影响，确保实验在均匀电场下进行。
[0033]其中，电场强度是用来表示电场的强弱和方向的物理量。在电场中某一点，试探点电荷(正电荷)在该点所受电场力与其所带电荷的比值是一个与试探点电荷无关的量。此外通过分析电场的电通密度再次确定泰勒锥的尖端效应，也是催化的边缘效应。电通密度也称电位移，定义：在给定点上等于电场强度E和电常数的乘积与电极化强度P之和。在真空中，电通密度为电场强度E与电常数之积，矢量符号“D”。
[0034]S3，根据优化变量构建固体聚合物电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法，其特征在于，包括以下步骤：根据临界电压与泰勒锥顶有质分子表面张力间的关系确定待优化变量；采用有限元法对所述待优化变量进行优化，以获取优化变量；根据所述优化变量构建固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布系统。2.根据权利要求1所述的固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法，其特征在于，通过以下公式生成所述临界电压与泰勒锥顶有质分子表面张力间的关系：其中，h为夹具和碳板的尖端与平板间的几何距离，l为有质溶液射流的长度，r为尖端针口的外直径，P为尖端泰勒锥顶有质分子表面张力。3.根据权利要求2所述的固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化方法，其特征在于，所述待优化变量为所述临界电压和所述夹具和所述碳板的尖端与所述平板间的几何距离。4.一种固体聚合物电解质电解水制氢的电场分布优化装...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾偲雯，句爱松，王加安，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：