电热协同催化剂评价系统（光电热）是一种结合电场和热场协同作用的固体氧化物电解池（SOEC）实验平台，用于高效电解H₂O/CO₂制取H₂/CO，是SOFC的逆向反应。

气体供应与控制系统

1)        提供精确配比的反应气体（H₂O、CO₂）和载气（如N₂、Ar），并控制流量和湿度。

2)        气源：高纯度CO₂、H₂O（蒸汽）、N₂（Ar）、H2、Air（O2）（含减压阀）。

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

4)        蒸汽发生器：通过液态水蒸发产生H₂O蒸汽，湿度范围5–50%。

5)        气体混合器：实现多组分气体（如H₂O/CO₂/N₂）的均匀混合。

6)        气体管路：316不锈钢管，耐高温、耐腐蚀。

7)        控制方式：通过PLC编程实现气体流量、湿度的自动调节。

加热与温度控制模块

1)        提供稳定的高温环境（600–900°C），确保SOEC正常运行。

2)        反应炉：最高温度1100°C，控温精度±1°C，加热区长度≥300 mm。

3)        预热炉：用于反应前的气体加热，最高温度600°C，控温精度±1°C，加热区长度≥100 mm。

4)        热电偶：K型热电偶，实时监测电池温度。

5)        隔热材料：陶瓷纤维，减少热损失。

6)        控制方式：PID温控器匹配功率调节，支持多段升温程序。

电热系统催化专用夹具模块

1)        功能：在高温和电场协同作用下，催化H₂O/CO₂电解反应。

2)        SOEC单电池：电解质：YSZ或GDC薄膜（厚度10–30 μm）。阴极（燃料极）：Ni-YSZ、Ni-CeO₂-YSZ或Co-Fe钙钛矿。阳极（氧电极）：LSCF或LSM。

3)        催化剂修饰：通过浸渍法在阴极表面负载纳米催化剂（如CeO₂、Co₃O₄）。

4)        梯度孔隙结构：优化气体扩散与反应活性。

5)        纳米催化剂：提升电热催化活性。

用户可根据需求选择其中一种或多种电热催化专用夹具

1)        半电池SOEC电池夹具，有效直径φ12，面积1cm2，主要分析工作电极的性能；

2)        管式SOEC电池夹具，有效直径φ12，面积1cm2，可分别分析阴阳极催化剂的性能；

3)        板式全陶瓷制SOEC夹具，有效规格20*20mm方形，面积4cm2，全陶瓷制可避免金属内不良元素的影响，气体流道设计，实现高效的气固反应，集流体采用铂网，接触面积大，接触电阻极小；

4)        板式石英制SOEC夹具，有效规格20*20mm方形，面积4cm2，可以实现光电热体系下的催化剂评价。

电化学测试模块

电化学测试模块（选配，一般由用户提供或采购）

1)        功能：测量SOEC的电压、电流、功率密度及电化学阻抗谱（EIS）。

2)        电化学工作站：支持恒电位、恒电流、EIS模式，电压范围±10 V，电流范围±2 A。

3)        电流收集器：铂或镍网，确保低接触电阻。

4)        测试夹具：氧化铝陶瓷夹具，耐高温、绝缘性好。

5)        I-V曲线：扫描电压（0.5–2.5 V），记录电流密度。

6)        EIS：频率范围0.1 Hz–1 MHz，分析欧姆阻抗、电荷转移阻抗及扩散阻抗。

数据采集

1)        功能：实时采集、存储和分析实验数据。

2)        数据采集卡：多通道，支持电压、电流、温度同步采集。

3)        软件平台：IoT软件，用于数据可视化与分析。

4)        数据库：存储实验参数与结果，支持后续查询与处理。

5)        采用15英寸工业触控屏

GC分析模块

选配鑫视科GC，可选择SSC-GC60或SSC-GC70（EPC）

1)        配置在线自动阀，实现全自动进样；

2)        配置TCD、FID+转化炉、FID毛细，三个检测器；

3)        配置对应的色谱柱、空气发生器、氢气发生器。

安全与尾气处理模块

1)        功能：确保实验安全，处理尾气中的有害成分（如CO、H₂）。

2)        气体泄漏检测器（标配）：实时监测H₂、CO浓度，超标报警。

3)        尾气燃烧器（选配）：将未反应的H₂/CO转化为H₂O/CO₂。

4)        紧急停机系统（标配）：异常情况下自动切断气源和电源。

5)        通风系统（用户自备）：强制排风，保持实验环境安全。

系统优势

1)        高精度控制：气体流量、温度、湿度可精确调节，满足多种实验需求。

2)        多功能测试：支持I-V曲线、EIS、长期稳定性等多种测试模式。

3)        电热协同：通过局部加热和电场调控，研究电热催化机制。

4)        安全性高：配备气体泄漏检测、尾气燃烧和紧急停机系统。

应用场景

1)        材料研究：评估新型电解质、电极材料的性能。

2)        工艺优化：优化电池制备工艺（如烧结温度、电极厚度）。

3)        系统集成：测试SOEC电堆在实际操作条件下的性能。

电热催化机理

电热催化是指在电场和热场的协同作用下，催化反应速率和选择性的显著提升。

1 电场作用

l  降低活化能：电场通过改变催化剂表面的电荷分布，降低H₂O/CO₂分子解离的活化能。

l  促进离子迁移：电场加速O²⁻离子在电解质中的迁移，提高电解效率。

l  调控反应路径：电场可改变反应中间体的吸附能，优化反应路径。

2 热场作用

l  提高反应速率：高温增加分子动能，加速H₂O/CO₂的吸附、解离和重组。

l  改善催化剂活性：高温下催化剂表面重构，暴露更多活性位点。

l  增强离子导电性：高温提升电解质和电极的离子/电子导电性。

3 电热协同效应

l  非线性增强：电场和热场的协同作用通常表现为非线性增强效应，即电热耦合下的性能提升远高于单独电场或热场的叠加。

l  局域热点效应：电场集中区域可能产生局域热点，进一步促进反应动力学。