CN105449250A - 一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统 - Google Patents

一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，包括：固体氧化物燃料电池-电解池堆；向该电池-电解池堆供应气体的气体供应模块；用于产生供应至该电池-电解池堆中的水蒸气的水蒸气制备模块；与该电池-电解池堆放置于同一个热区的气体预热模块；用于对该电池-电解池堆和气体预热模块进行加热的热区加热模块；用于对该电池-电解池堆产生的尾气进行分离与回收的尾气分离与回收模块；对该电池-电解池堆进行充电和放电测试的燃料电池-电解池充放电模块；以及系统控制模块，所述系统控制模块配置为控制该充放电模块对该电池-电解池堆进行充电和放电测试，以实现电池-电解池堆发电或电解的可逆切换运行。

Description

一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统
技术领域
本发明属于固体氧化物燃料电池-电解池领域，特别涉及一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统。
背景技术
固体氧化物燃料电池（SOFC）是基于陶瓷材料的全固态能量转换装置，通过高温电化学氧化反应将燃料化学能直接转化为电能。固体氧化物燃料电解池（SOEC）是采用高温固体氧化物电解池将高温水蒸气分解成氢气和氧气，是将电能和热能转化为化学能的储能装置，SOEC的运行过程是SOFC的逆过程。SOFC具有高效、清洁、高温余热可回收及燃料适应性广等优点，也是实现煤炭、石油、天然气等化石能源高效清洁利用的重要技术之一。SOEC对可再生能源能量的存储尤为重要，且氢能是一种无污染的可再生能源，将是未来十分具有竞争力的一种储能载体。
目前，已有固体氧化物燃料电池测试系统。首先，该测试系统可用来测试固体氧化物燃料电池堆的电化学性能，以确定电池堆发电运行的最佳操作条件。其次，研究不同单体电池和电池堆组件对电池堆性能的影响，优化电池堆的设计和制造工艺。最后，用于研究不同条件下燃料电池堆在发电时的反应机理和衰减机制，为电池堆的优化测试及长期运行提供测试保证。
又，目前还存在固体氧化物燃料电解池测试系统。首先，该测试系统可用来考察不同运行工况，如水蒸气含量、操作温度、气体流量等对制氢速率的影响，确定电解制氢的最佳操作条件。其次，可研究不同电极材料、孔隙率及微结构对电解性能的影响，优化电解池堆的电解性能。最后，可用于研究长期运行在高湿条件下氢电极的反应机理及稳定性。
目前，已经公布的一些固体氧化物燃料电池测试系统的专利，如CN203339256U、CN103441296A、CN201797000U等专利；以及固体氧化物燃料电解池测试系统的专利，如CN101067209A、CN101216495A等专利，但还未有发现一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，而千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统是研发新一代大型固体氧化物燃料电池堆、电解池堆的重要基础。
发明内容
鉴于以上存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，即可进行大型电池堆发电性能测试及衰减率考察，也可以完成千瓦级电解池堆电解制氢速率测试及长期稳定性评价。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为提供一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，包括：固体氧化物燃料电池-电解池堆；向所述固体氧化物燃料电池-电解池堆供应气体的气体供应模块；用于产生供应至所述固体氧化物燃料电池-电解池堆中的水蒸气的水蒸气制备模块；与所述固体氧化物燃料电池-电解池堆放置于同一个热区的气体预热模块；用于对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆和气体预热模块进行加热的热区加热模块；用于对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆产生的尾气进行分离与回收的尾气分离与回收模块；对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆进行充电和放电测试的燃料电池-电解池充放电模块；以及系统控制模块，所述系统控制模块配置为控制所述燃料电池-电解池充放电模块对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆进行充电和放电测试，以实现所述固体氧化物燃料电池-电解池堆发电或电解的可逆切换运行。
本发明针对固体氧化物燃料电解池（SOEC）的运行是固体氧化物燃料电池（SOFC）反应的逆过程，使得两者的测试设备及测试方法类似，因此提供了上述千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统。其优势在于：固体氧化物燃料电池-电解池堆与气体预热装置放置于同一个热区，极大地降低了测试系统的能耗；电池和电解两种模式的可逆切换，充分发挥了本测试系统的灵活多样性；一体化人机交互联合控制平台设计，使该可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统具有集成度高、可视化强、操作方便等优点。
根据本发明的千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，可对大型燃料电池-电解池堆在各操作工况下的发电及电解性能进行测试，长期测试还可以考核发电寿命及电解制氢的稳定性。
又，在本发明中，也可以是，所述固体氧化物燃料电池-电解池堆包含燃料进出口和空气进出口；所述固体氧化物燃料电池-电解池堆由多个固体氧化物燃料电池-电解池单元串联堆叠而成；优选地，各所述固体氧化物燃料电池-电解池单元包括沿垂直方向组合的单体电池-电解池、连接板、阳极集流件、阴极集流件、和密封件。
又，在本发明中，也可以是，所述气体供应模块包括燃料电极侧的燃料气路和氧电极侧的空气气路；所述燃料气路由燃料支路和氮气支路并联而成，各支路通过汇流排进行气体自动切换。
根据本发明，各支路通过汇流排进行气体自动切换，最大限度减少换气过程中带入空气，且氮气主要起保护气作用。
又，在本发明中，也可以是，所述水蒸气制备模块中的水源为高纯去离子水，经由蒸汽发生器提供蒸汽源，或者由蠕动泵驱动后经所述热区加热模块加热实现水汽化；优选地，所述水蒸气制备模块所制备的水蒸气先并入所述气体供应模块的燃料气路，然后与所述气体预热模块对接，最后由燃料带入所述固体氧化物燃料电池-电解池堆。
根据本发明，高纯去离子水除去了Na+、K+等金属离子对电池堆电极活性的影响，蠕动泵或恒流水泵能精确控制去离子水的流量。该水蒸气制备模块能精确控制燃料气路中水蒸气的体积分数，对研究不同反应条件对高温电解水蒸气电解制氢过程至关重要。
又，在本发明中，也可以是，所述气体预热模块包括由不锈钢管螺旋盘绕而成的两路预热盘管，所述气体预热模块还包含分别连接燃料气路和空气气路的燃料进口和空气进口，以及分别与所述固体氧化物燃料燃料电池-电解池堆的燃料进口和空气进口对接的燃料出口和空气出口；优选地，所述预热盘管放置于所述热区中，并在所述预热盘管的出口处分别设置温度传感器。
根据本发明，由于所述气体预热模块由不锈钢管螺旋盘绕而成，气路中的各种气体通过放置于热区中的预热盘管进行对流换热，并可通过温度传感器对预热盘管进出口气体温度进行在线监测，能最大限度减小对燃料电池-电解池由于温差而造成的热冲击。
又，在本发明中，也可以是，所述热区加热模块包括炉盖和用于放置所述固体氧化物燃料电池-电解池堆和预热盘管的加热炉体。
根据本发明，可实现同固体氧化物燃料电池-电解池的工作温度保持一致，同时为预热盘管的气体预热提供热源。
又，在本发明中，也可以是，所述尾气分离与回收模块包括与所述固体氧化物燃料电池-电解池堆的燃料出口依次相连的尾气连接管道、气液分离器和储气罐；所述气液分离器为接收尾气以用于冷凝尾气中的水蒸气的管壳式换热器。
根据本发明，气液分离器连接在燃料尾气上用于冷凝燃料中的水蒸气，由此可将得到的例如纯氢储存于储气罐中，或者将产物中的一部分氢气通入进气管中用作保护气循环利用。
又，在本发明中，也可以是，所述燃料电池-电解池充放电模块主要包括大功率的恒流源和电子负载，其中所述恒流源与所述电子负载并联，并在主电路上设置空气选择开关。
根据本发明，燃料电池-电解池充放电模块中的恒流源与电子负载并联使用，并通过设置在主电路上的空气选择开关，可有利于通过系统控制模块对燃料电池-电解池堆充电和放电测试，实现燃料电池-电解池堆发电或电解的可逆切换运行。
又，在本发明中，也可以是，所述系统控制模块还配置为：当所述系统控制模块控制通入所述固体氧化物燃料电池-电解池堆两侧的气体为燃料和空气时，所述空气开关选择电子负载支路以使所述固体氧化物燃料电池-电解池堆发电运行；当所述系统控制模块控制通入所述固体氧化物燃料电池-电解池堆两侧的气体为高温水蒸气和空气时，所述空气开关选择恒流源支路以使所述固体氧化物燃料电池-电解池堆电解制氢或制备合成气。
根据本发明，有利于实现燃料电池-电解池堆发电或电解的可逆切换运行。
根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本发明的上述内容及其它目的、特征和优点。
附图说明
图1示出了根据本发明一实施形态的千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统的整体结构示意图；
图2示出了图1所示的千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统的物料流程示意图；
图3示出了图1所示系统中的固体氧化物燃料电池-电解池堆的实物示意图；
图4示出了图1所示系统中的气体预热模块与电池-电解池堆连接的实物示意图；
图5示出了本发明第一实施例的测试系统的热工测试曲线图；
图6示出了本发明第二实施例中采用30片200*200cm2燃料电池堆的实物示意图；
图7示出了该第二实施例的燃料电池堆系统发电测试结果；
图8示出了本发明第三实施例中采用10片200*200cm2燃料电池堆的实物示意图；
图9示出了该第三实施例中的燃料电池堆放电的I-V/P曲线图；
图10示出了该第三实施例中的燃料电解池堆恒流电解的I-V/P曲线图。
附图标记：
1-固体氧化物燃料电池-电解池堆，2-氢气，3-减压阀，4-阀门，5-压力表，6-质量流量计，7-氮气，8-减压阀，9-阀门，10-压力表，11-质量流量计，12-高纯去离子水，13-恒流蠕动泵，14-阀门，15-预热盘管，16-热电偶，17-冷凝器，18-阀门，19-储气罐，20-球阀，21-空气压缩机，22-过滤器，23-减压阀，24-阀门，25-压力表，26-质量流量计，27-预热盘管，28-热电偶，29-恒流源，30-电子负载，31-空气选择开关。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统。
图1示出了根据本发明一实施形态的千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统的整体结构示意图。如图1所示，该测试系统包括：固体氧化物燃料电池-电解池堆；向所述固体氧化物燃料电池-电解池堆供应气体的气体供应模块；用于产生供应至所述固体氧化物燃料电池-电解池堆中的水蒸气的水蒸气制备模块；与所述固体氧化物燃料电池-电解池堆放置于同一个热区的气体预热模块；用于对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆和气体预热模块进行加热的热区加热模块；用于对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆产生的尾气进行分离与回收的尾气分离与回收模块；对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆进行充电和放电测试的燃料电池-电解池充放电模块；以及系统控制模块，所述系统控制模块配置为控制所述燃料电池-电解池充放电模块对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆进行充电和放电测试，以实现所述固体氧化物燃料电池-电解池堆发电或电解的可逆切换运行。
更具体地，图2示出了图1所示的千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统的物料流程示意图；图3示出了图1所示系统中的固体氧化物燃料电池-电解池堆的实物示意图；图4示出了图1所示系统中的气体预热模块与电池-电解池堆连接的实物示意图。
如图2和图3所示，上述固体氧化物燃料电池-电解池堆1可由多个固体氧化物燃料电池-电解池单元沿垂直方向重复堆叠而成，各单元可包括沿垂直方向组合的单体电池-电解池、连接板、阳极集流件、阴极集流件、密封件等构件，可组装成例如10片、30片或50片的电池-电解池堆，最后由气流分配顶底及工装夹具固定，根据需要该电池-电解池堆的尺寸大小可为10*10cm2-20*20cm2，组装的燃料电池-电解池堆中各单元之间电路串联且气路并联，具有两个进气口（分别用于燃料气路和空气气路）和两个出气口（分别用于燃料气路和空气气路）。
如图2所示，上述气体供应模块包括燃料电极侧（例如本实施形态中为氢电极侧）的燃料气路和氧电极侧的空气气路；所述燃料气路由燃料支路和氮气支路并联而成，其中氮气主要起保护气作用。各支路可分别依次包括减压阀3，8、阀门4，9、压力表5，10、质量流量计6，11、抗压管等部件，实现气体流量和压力的供应与控制。燃料支路和氮气支路所使用的燃料和氮气可为钢瓶压缩气体，且各支路通过汇流排进行气体自动切换，最大限度减少换气过程中带入空气。在本实施形态中采用氢气作为燃料，由此上述燃料气路与燃料支路分别为氢气气路与氢气支路。但本发明不限于此，燃料气路中的燃料可包含氢气、甲烷、一氧化碳或一些含碳燃料等均可。
具体地，如图2所示，该气体供应模块中的氢气气路（即燃料气路），可分别由氢气（即燃料气）2和氮气7分别经减压阀3、8减压至例如0.2~0.5MPa后通入质量流量计6、11控制流量，并联混合并与预热盘管15中燃料气路的入口连接；空气同样经减压阀23减压至0.2~0.5MPa后通过质量流量计26控制流量，与预热盘管27中空气气路的入口连接。
进一步地，所述水蒸气制备模块中的水源可为高纯去离子水，经由蒸汽发生器提供蒸汽源，或者由蠕动泵驱动后经所述热区加热模块加热实现水汽化。该水蒸气制备模块所制备的水蒸气先并入气体供应模块的氢气气路，然后与气体预热模块对接，最后由氢气带入固体氧化物燃料电池-电解池堆。在本实施形态中，如图2所示，上水蒸气制备模块中的水源是高纯去离子水12，经恒流蠕动泵13控制流量后并入燃料气路，用燃料气的气流带入预热盘管15中，经热区加热变成高温水蒸气，汽化率可达80%-90%，燃料气路中的水蒸气体积含量按照配比为60%-90%。
此外，如图2和图4所示，上述气体预热模块包括由不锈钢管螺旋盘绕而成的两路预热盘管15、27，所述气体预热模块还包含分别连接氢气气路和空气气路的氢气进口和空气进口，以及分别与固体氧化物燃料燃料电池-电解池堆1的燃料进口和空气进口对接的氢气出口和空气出口。优选地，所述预热盘管15、27放置于所述热区中，并在所述预热盘管15、27的出口处分别设置温度传感器，例如可为热电偶16、28。
根据本发明，由于所述气体预热模块由不锈钢管螺旋盘绕而成，气路中的各种气体通过放置于热区中的预热盘管15、27进行对流换热，通过温度传感器对预热盘管进出口气体温度进行在线监测，能将燃料气路和空气气路中的气体温度加热到700℃左右，最大限度减小对燃料电池-电解池由于温差而造成的热冲击。
又，所述热区加热模块包括炉盖和用于放置固体氧化物燃料电池-电解池堆1和预热盘管15、27的加热炉体。所述热区加热模块通过加热丝对热区加热，优选的工作温度为750℃，同固体氧化物燃料电池-电解池的工作温度保持一致，同时为预热盘管的气体预热提供热源。优选地，该加热炉体可为方形的井式炉。
此外，还如图2所示，所述尾气分离与回收模块可包括与固体氧化物燃料电池-电解池堆1的燃料出口依次相连的尾气连接管道、气液分离器和储气罐19；所述气液分离器为接收氢气尾气以用于冷凝氢气中的水蒸气的管壳式换热器，即图2所示的冷凝器17。通过该管壳式的气液分离器，可将燃料气路尾气中的燃料和未反应完的水蒸气进行分离，然后通过储气罐储存起来，也可分一支路通入燃料气路入口以充当保护气。
另外，所述燃料电池-电解池充放电模块主要包括大功率的恒流源和电子负载，其中所述恒流源与所述电子负载并联，并在主电路上设置空气选择开关。如图2所示，上述燃料电池-电解池充放电模块是由电子负载30和恒流源29并联组成，两支路上连接一空气选择开关31，其中电子负载30的电压测试范围可为0~100V，电流测试范围可为0~240A；其中恒流源29的电压测试范围可为0~150V，电流测试范围可为0~240A。
又，本发明中系统控制模块可包括热区加热的程序控制，质量流量计（包括氢气、氮气和空气）的即时控制，蠕动泵的控制，温度传感器的监测与记录，恒流源与电子负载的控制与调节，燃料电池-解池堆的电流和电压信号记录等。该系统控制模块主要起到控制和监测系统的作用，其中控制部分主要可包括氢气流量计、氮气流量计、空气流量计、恒流水泵、热区加热、恒流源、电子负载等设备，监测部分通过安捷伦多通道信号记录仪对压力、温度、电流、电压、功率等进行监测和记录，控制平台通过Labview程序制作人机交互界面。
此外，该系统控制模块还可配置为：当所述系统控制模块控制通入所述固体氧化物燃料电池-电解池堆两侧的气体为氢气和空气时，所述空气开关选择电子负载支路以使所述固体氧化物燃料电池-电解池堆发电运行；当所述系统控制模块控制通入所述固体氧化物燃料电池-电解池堆两侧的气体为高温水蒸气和空气时，所述空气开关选择恒流源支路以使所述固体氧化物燃料电池-电解池堆电解制氢或制备合成气。
与现有技术相比，本实施形态的测试系统优点在于：该固体氧化物燃料电池-电解池测试系统中只有一个热区，同时具备高温水汽化、气体预热、电池-电解池堆加热等功能，使得结构紧凑且无热冲击；通过系统控制模块对燃料电池-电解池堆充电和放电测试，实现燃料电池-电解池堆发电或电解的可逆切换运行，全面提升系统的多样性测试功能；尾气中未反应或生成的氢气通过循环支路通入燃料气进口，提高了燃料的能量利用率；系统结构简单，操作方便，成本低廉，特别适合大型固体氧化物燃料电池-电解池堆的测试和优化。
以下结合附图通过具体的实施例进一步详细说明本发明。
实施例1
进行千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统的热工测试。
该可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统各组件按照图1至图4进行连接集成，各模块设备经调试后均能正常执行工作，各信号监测及数据记录功能在后台主程序的总体控制下精确无误，气体经预热后连接尾气处理装置，待气源等准备工作完毕即可进行热工测试实验。
首先，通过热区加热模块设置升温程序，即以3℃/min的升温速率将热区加热至750℃后保持温度；其次，通过人机交互界面调节气体流量，H2气流量调节范围从0~75L/min，同时按照H2：空气=1：2.5（体积比）同步调节，H2流量每次调节增加5L/min后稳定8-10分钟，观察实际设置在电池-电解池堆的进出口的温度传感器以及热区内的温度传感器，详细实验数据曲线如图5所示。
该图5的实验结果表明：当热区温度保持750℃时，在不同的H2/空气流量下，预热模块中的两路预热盘管能将通入介质预热至700℃以上，基本满足电池-电解池堆正常工作的需要；同时将两路介质的温度差距控制在10℃以内，可最大限度减小电池-电解池堆入口处的热冲击，表明预热模块具有良好的预热性能。
实施例2
30片200*200cm2燃料电池堆发电性能测试。
步骤一：将30片200*200cm2燃料电池堆放入热区并连接好进出气管路，如图6所示，经气密性测试后以2℃/min的升温速率加热至750℃后保持温度。
步骤二：缓步调节N2流量至6-9L/min后吹扫30分钟左右，按照H2：空气=1:2.5（体积比）通入气体进行电池堆还原，还原时间经过3-4小时至单片电池平均电压达到1.1-1.2V，此时认为电池堆还原充分。
步骤三：调节不同的H2：空气流量，启动电子负载进行程序测试，随着电流不断地加大，电池堆的总电压从开路电压往下降低，同时产生大量的热和水蒸气。每个流量下均测试至单片电池平均电压为0.5-0.7V左右，同时输出功率出现峰值即可卸载，系统自动记录电池堆的性能输出如图7所示。
实施例3
10片200*200cm2燃料电池-电解池堆发电及电解制氢系统联合测试。
步骤一：将10片200*200cm2燃料电池-电解池堆放入热区并连接好进出气管路，如图8所示，经气密性测试后以2℃/min的升温速率加热至750℃后保持温度。
步骤二：缓步调节N2流量至2-3L/min后吹扫30分钟左右，按照H2：空气=1:2.5（体积比）通入气体进行电池-电解池堆还原，还原时间经过3-4小时至单片电池平均电压达到1.1-1.2V，此时认为电池-电解池堆还原充分。
步骤三：在电池堆发电模式下，启动电子负载进行程序自动测试，燃料电池堆的总电压随电流不断增大而降低，发电过程伴随着水蒸气的生成同时产生大量的热。调节不同的H2：空气流量，每个流量下均测试至单片电池平均电压为0.5-0.7V左右，同时观察输出功率出现峰值即可卸载，系统自动记录电池堆放电的I-V/P性能输出如图9所示。
步骤四：切换到电解模式下，打开恒流水泵开关，逐步调节水量至8.52mL/min，经预热盘管加热完全汽化成水蒸气为4.54L/min，同时逐步降低H2，空气流量分别至4.54L/min和15L/min，此时H2:H2O:空气=3:7:10(体积比)。待电解池堆电压稳定后，电路部分由电子负载切换至恒流源进行恒流电解自动测试，燃料电解池堆的电压随电流不断增大而增大，电解过程伴随着氢气的生成。调节不同的电流值测试至单片电池平均电压为1.6-1.8V左右，系统自动记录电解池堆恒流电解的性能如图10所示。
在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。

Claims (9)

1.一种千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，包括：
固体氧化物燃料电池-电解池堆；
向所述固体氧化物燃料电池-电解池堆供应气体的气体供应模块；
用于产生供应至所述固体氧化物燃料电池-电解池堆中的水蒸气的水蒸气制备模块；
与所述固体氧化物燃料电池-电解池堆放置于同一个热区的气体预热模块；
用于对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆和气体预热模块进行加热的热区加热模块；
用于对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆产生的尾气进行分离与回收的尾气分离与回收模块；
对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆进行充电和放电测试的燃料电池-电解池充放电模块；以及
系统控制模块，所述系统控制模块配置为控制所述燃料电池-电解池充放电模块对所述固体氧化物燃料电池-电解池堆进行充电和放电测试，以实现所述固体氧化物燃料电池-电解池堆发电或电解的可逆切换运行。
2.根据权利要求1所述的千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池-电解池堆包含燃料进出口和空气进出口；所述固体氧化物燃料电池-电解池堆由多个固体氧化物燃料电池-电解池单元串联堆叠而成；优选地，各所述固体氧化物燃料电池-电解池单元包括沿垂直方向组合的单体电池-电解池、连接板、阳极集流件、阴极集流件、和密封件。
3.根据权利要求1或2所述的千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，其特征在于，所述气体供应模块包括燃料电极侧的燃料气路和氧电极侧的空气气路；所述燃料气路由燃料支路和氮气支路并联而成，各支路通过汇流排进行气体自动切换。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，其特征在于，所述水蒸气制备模块中的水源为高纯去离子水，经由蒸汽发生器提供蒸汽源，或者由蠕动泵驱动后经所述热区加热模块加热实现水汽化；优选地，所述水蒸气制备模块所制备的水蒸气先并入所述气体供应模块的燃料气路，然后与所述气体预热模块对接，最后由燃料带入所述固体氧化物燃料电池-电解池堆。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，其特征在于，所述气体预热模块包括由不锈钢管螺旋盘绕而成的两路预热盘管，所述气体预热模块还包含分别连接燃料气路和空气气路的燃料进口和空气进口，以及分别与所述固体氧化物燃料燃料电池-电解池堆的燃料进口和空气进口对接的燃料出口和空气出口；优选地，所述预热盘管放置于所述热区中，并在所述预热盘管的出口处分别设置温度传感器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，其特征在于，所述热区加热模块包括炉盖和用于放置所述固体氧化物燃料电池-电解池堆和气体预热模块的加热炉体。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，其特征在于，所述尾气分离与回收模块包括与所述固体氧化物燃料电池-电解池堆的燃料出口依次相连的尾气连接管道、气液分离器和储气罐；所述气液分离器为接收尾气以用于冷凝尾气中的水蒸气的管壳式换热器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，其特征在于，所述燃料电池-电解池充放电模块主要包括大功率的恒流源和电子负载，其中所述恒流源与所述电子负载并联，并在主电路上设置空气选择开关。
9.根据权利要求8所述的千瓦级可逆固体氧化物燃料电池-电解池测试系统，其特征在于，所述系统控制模块还配置为：当所述系统控制模块控制通入所述固体氧化物燃料电池-电解池堆两侧的气体为燃料和空气时，所述空气开关选择电子负载支路以使所述固体氧化物燃料电池-电解池堆发电运行；当所述系统控制模块控制通入所述固体氧化物燃料电池-电解池堆两侧的气体为高温水蒸气和空气时，所述空气开关选择恒流源支路以使所述固体氧化物燃料电池-电解池堆电解制氢或制备合成气。
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