近日，中国科学院过程工程研究所低碳工业过程与智能计算课题组（LCP-IC）针对PEM电解槽内多相流特性研究进展发表了综述文章。该成果以“Multiphase flow in PEM water electrolyzers: a mini-review”为题，在线发表于国际期刊 《 Current Opinion in Chemical Engineering 》。中国科学院过程工程研究所为通讯单位，管小平、杨宁为通讯作者，博士生白谨豪、博士后张璟昌分别为文章第二、第三作者。该项目得到了国家重点研发计划（2022YFB4101200）以及国家自然科学基金（22178354、21925805）的支持。
综述简介
与其它电解水技术相比，质子交换膜水电解（PEMWE）具有宽负荷适应性、响应速度快，可在高压和大电流密度下运行等优点。深刻理解多相流在多孔传输层（PTL）和流道内的特性对提高PEMWE的效率至关重要。本文概述了当前对PEMWE中多相流的认识以及相关的建模方法，强调调控PTL微观结构的重要性，并区分流道内多相流与PTL中多相流的影响。此外，为了准确模拟PEMWE，关键是全面考虑电解槽内的物理和电化学过程，并发展可靠的封闭模型。本文旨在总结PEMWE中多相流特性的认识现状及流动模拟方法的发展历程。
图1. 绿氢生产与利用网络
文章亮点
文中指出，为了调控多相流，未来的研究应聚焦于将PTL的微观结构异质性与氧气通道及PEMWE性能相关联。初步研究表明，PTL中的微观结构均匀性可以通过促进气泡有效穿过PTL来提高PEMWE的性能，这为PTL设计提供了重要指导。此外，应设计实验以区分流道内多相流与PTL中多相流的影响，从而揭示PEMWE过电势变化的内在机理。这一认识将有助于确定到底是调控流道还是调控PTL才能更有效提高PEMWE性能；而且，迫切需要发展研究真实条件下催化层（CL）内气泡成核动力学的实验方法。对于孔隙尺度的直接模拟，应耦合动态电化学反应以反映PEMWE中的实际电解过程。对于宏观模拟，需要可靠的封闭模型来准确预测PEMWE性能，比如毛细压力模型。这些领域的相关研究将有助于增进对PEMWE流动行为的理解，从而实现对PEM电解设备的快速模拟、设计和优化，推动大规模电解设备的商业化。
