PEM 电解系统

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此示例展示如何使用自定义 Simscape™ 模块对质子交换膜 (PEM) 水电解槽进行建模。PEM 电解槽消耗电能将水分解成氢气和氧气。该自定义模块代表膜电极组件 (MEA)，并连接到一个热液体网络和两个独立的湿空气网络：热液体网络对供水进行建模，阳极湿空气网络对氧气流进行建模，阴极湿空气网络对氢气流进行建模。

循环泵向电解槽的阳极侧提供连续水流。消耗的水从热液体网络中排出，多余的水进入再循环。阳极产生的氧气被多余的水流带走；这一过程由阳极湿空气网络单独建模。分离槽对氧气排出之前回流中水和氧气的平衡进行建模。供给泵向系统补充新水。

在阴极侧产生的氢气以及通过 MEA 输送的任何水都由阴极湿空气网络进行建模。除湿器从氢气中去除不需要的水蒸气。与阳极的大气压相比，压力调节阀在阴极处保持 3 MPa 的压力。由于液压的作用，MEA 两侧的压差导致了水的输送，这有助于抵消电渗透阻力，减少阴极侧的水量。

与燃料电池电堆不同，该系统不需要单独的冷却网络。电解槽散发的热量被多余的水带走，然后通过热交换器排出到环境中。通过循环水的控制，电解槽内的温度保持在 80 摄氏度。

自定义 MEA 模块在 Simscape 代码 Electrolyzer.ssc 中实现。热液体端口 H2O 用于将热液体网络中的水排出。产生的 H2 和 O2 以及输送的 H2O 通过 Controlled Trace Gas Source (MA) 和 Controlled Moisture Source (MA) 模块添加到两个湿空气网络中。多余的热量通过热端口 H 排出到连接的 Thermal Mass 模块。有关该实现的更多详细信息，请参阅代码中的注释。

另请参阅 PEM 燃料电池系统示例。

参考文献：

Liso, Vincenzo, et al."Modelling and experimental analysis of a polymer electrolyte membrane water electrolysis cell at different operating temperatures."Energies 11.12 (2018):3273.

Mo, Jingke, et al."Thin liquid/gas diffusion layers for high-efficiency hydrogen production from water splitting."Applied Energy 177 (2016):817-822.