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高效、清洁的可持续能源是当前能源研究的热点。太阳能与固体氧化物电解池(SOEC)联合制氢系统是一种高效、清洁的可持续能源转换系统。本论文主要围绕SOEC的材料制备、电化学性能、可逆反应(固体氧化物燃料电池,SOFC)以及与太阳能联合制氢等方面展开研究。1)基于传统的SOEC和SOFC,设计并研究了一种新型、具有对称电极结构的SOEC与SOFC,深入研究了对称电极结构的SOEC/SOFC的基本原理。制备了新型电解质材料NSDC(Ce0.8Sm0.2O1.9-Na2CO3)以及选择与之兼容性良好的电极材料NCAL(Ni0.8Co0.15Al0.05LiO2-δ),进一步制备了具有对称电极结构的单电池。SOEC模式下,解电压为1.5V,T=823K时,电解电流密度达到0.376A/cm2。另一方面,在SOFC模式下,T=823K时,输出功率密度达到0.804W/cm2,实验结果表明,在SOEC和SOFC模式下,对称电极结构的单电池均表现出良好的电化学性能和对称性。2)将电解质材料NSDC和电极材料NCAL按一定的比例进行混合,制备半导体离子型SOEC和SOFC。实验研究表明,在其他实验参数相同时,混合材料(NSDC-NCAL(6:4)制备的半导体离子型固体氧化物电解池的电解电流密度明显高于纯NSDC(NSDC-NCAL(10:0)粉体材料制备的固体氧化物电解池。操作温度越高、电解电流越大,制氢产率越高。此外,单电池在SOEC和SOFC模式下,半导体离子型单电池均表现出良好的电化学性能和对称性。3)研究了不同的电解质材料NSDC和电极材料NCAL的组分比对半导体离子型SOEC和SOFC性能的影响。制备不同比例复合材料的单电池,分析了半导体材料NCAL材料电导率对单电池性能的影响。研究结果表明,在SOEC模式下,NSDC材料与NCAL的组分比为6:4的电解池电化学性能最优,最大电解电流密度达到0.712 A/cm2。;在SOFC模式下,NSDC材料与NCAL的组分比为6:4也为最优,最大输出功率达到1.071W/cm2。4)在典型的SOEC制氢的基础上,构建碟式太阳能与SOEC联合制氢系统。建立了太阳能、换热器、SOEC的热力学模型以及联合制氢系统能效率和(火用)效率模型。基于所建立的热力学模型,重点研究了温度与电流对SOEC性能的影响。研究表明:SOEC电解电势随着温度的上升而下降;对于大电解电流密度,温度影响能效率和火用效率非常明显,对于低电流,电能过电势没有明显的影响能效率和火用效率。最后,基于模型计算太阳能综合利用系统的光-电/热能量转换(火用)效率为25.7%,太阳能与SOEC综合制氢的能效率和(火用)效率分别达到15.1%和16.3%。