電解水制氫工作原理
電解水的裝置原理圖如下圖 所示。當施加足夠大的電壓時，水分子將在陰極上發(fā)生還原反應產(chǎn)生氫氣，在陽極上發(fā)生氧化反應產(chǎn)生氧氣。我們可以將陰極的氫氣儲存起來用作燃料，而陽極的氧氣就直接釋放到大氣中。因此電解水的過程可以被概括為兩個半反應，即：陰極析氫反應和陽極析氧反應。
在電解水時，純水是弱電解質(zhì)，的電離程度非常低，導電性比較差，在純水中加入某些容易電離的物質(zhì)，使得電解液的 pH 值發(fā)生變化，水分解的化學反應過程將會受到影響。
(1)在酸性介質(zhì)中：
陰極反應：2H + + 2e - → H2 (g)
陽極反應：H2O (l) → 2H + + 1/2O 2 (g) + 2e
(2)在中性和堿性介質(zhì)中：
陰極反應：2H2O (l) + 2e - → H 2 (g) + 2OH -
陽極反應：2OH - → H 2 O + 1/2O 2(g) + 2e -
總反應：2H2O (l) → 2H 2(g) + O 2(g)
電解水電壓
在溫度為 25℃和一個大氣壓的條件下，水分解反應的熱力學電壓 E 0 = 1.23 V，然而在實際的電解水過程中，存在著許多的反應阻力(如圖 2)，使得實際施加的電壓均大于 1.23V。一般地，定義超過 1.23 V 部分的電壓為電解水的過電壓(η)，這部分η主要用于補償兩個電極和溶液電阻及接觸電阻部分所消耗的電能。因此，實際電解水的電路電壓可以用如下方程描述：
E op = 1.23 V +η a +η c +η o
其中η a 和η c 由兩電極自身的固有活化能壘決定，η o則是除兩電極以外的因素所產(chǎn)生的能壘值。
電解水需要較多的電能，考慮到經(jīng)濟效益和能量消耗等因素，在滿足電解水基本的要求下，電解電壓越低越好。從以下幾個方面研究電解電壓的影響因子：
(1)兩電極η a 和η c 值。在氫、氧的均為超電勢前提下。一方面，電極材料本身，電極的表面狀態(tài)對電解電壓值都有影響，不同金屬超電勢不一樣。氫、氧超電勢強弱與電解材料和電解液的接觸面積大小成反比，與電極表面粗糙程度成反比。另一方面，超電勢會隨著電流密度的增大而增大，溫度下降也會導致超電勢的減小。有很多方法可以降低氫、氧超電勢，如果電極材料選用的合適，提高工作溫度，增加電極表面粗糙程度，增大電極表面與電解液的接觸面積，以上方法都可以降低電極電阻值和超電位，最后可以使電解水的工作電壓適當降低。
(2)η o 值，改變電解水槽的設計參數(shù)來改變η o 數(shù)值，實際電解過程中，我們希望該值越小越好，影響電解水槽阻值因素包括電解液濃度，電極材料，電極與電解液的接觸面，電解槽隔膜的導電性，其中電解液的濃度和隔膜的導電性是主要的影響因子。材料的厚度和屬性對隔膜的電阻有影響，進而影響電壓。電解液中的電壓大小和電解液的導電率成反比。電解液特性要求具有穩(wěn)定不易分解，阻值小，不易揮發(fā)，對電解池材料無腐蝕性等特征。從以上的討論以及圖 2 可以發(fā)現(xiàn)，η o 值可以通過優(yōu)化電解水槽的設計來減小，而η a 和ηc 值可以通過優(yōu)化兩個電極的反應活性來減小，因此,高效的水分解電催化劑就顯得十分重要了。
電解水現(xiàn)狀
電解水制氫，關(guān)鍵是耗能問題。以電能換氫能，成本很高。日本開發(fā)了高溫加壓法，將電解水的效率提高到 75%;美國建成一種 SPE 工業(yè)裝置，能量效率達 90%;我國研制了雙反應器制氫工藝。先進的 PEM 電解工藝，是一種可逆的電/氫轉(zhuǎn)換裝置，是燃料電池和產(chǎn)氫的電解槽的統(tǒng)一，總轉(zhuǎn)換效率可達 95%。電解水制氫的電耗一般為 4.5～5.5kwh/m 3 。正在開發(fā)的新工藝有: 固體電解質(zhì)電解水制氫，可簡化流程，提高制氫效率和降低能耗;高溫水蒸汽電解工藝，電耗可降低到 3kwh.m -3 。
使用較多的電解槽有質(zhì)子交換膜電解槽 、堿性電解槽 、
固體氧化物電解槽。其中堿性電解槽技術(shù)最先成熟，商業(yè)化程度較高，優(yōu)點是價格低廉，特別是在大規(guī)模制氫工業(yè)中使用的比較普遍。但是，堿性電解槽電解效率低。質(zhì)子交換膜電解槽克服了堿性電解槽效率低的缺點，化學穩(wěn)定性好，并且電解損耗小，但是價格高昂，導致發(fā)展受限制。固體氧化物電解槽是一種新的電解槽技術(shù)，工作在高溫的時候會給材料的選擇帶來限制，系統(tǒng)綜合效率達到 90%以上。
結(jié)論
上面介紹了制氫的方法及原理，目前國內(nèi)實驗用制氫主要還是通過氫氣發(fā)生器獲取，廈門仲鑫達氫能技術(shù)有限公司，在以后的研究當中可以通過找到更好的催化劑或材料來提高電解水轉(zhuǎn)換效率和降低成本，使制氫的技術(shù)投入到生產(chǎn)中，讓氫能來代替石油燃料，來保護我們的環(huán)境以及解決能源危機。
仲鑫達生產(chǎn)2-1000m3/h 水電解制氫設備/裝置
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設備組成:主體設備，輔助設備及電控設備。
主體設備組成：電解槽，附屬設備一體化框架。
輔助設備組成：水箱，堿箱及補水泵及氣體減壓分配框架等。
電控設備組成：整流柜，配電柜等。
設備特點：設備設計完全可以根據(jù)用戶量身定做，電解槽、氣液處理裝置、氫氣干燥框架組裝為一個框架!
ZXD集裝箱式水電解制氫設備
產(chǎn)品特點
ZXD集裝箱式水電解制氫設備/系統(tǒng)，集成電解槽、氣液處理器、三塔純化設備、控制柜、整流柜、變壓器于40尺集裝箱(12192mmX2438mmX3200mm)
該設備具有土建量小，便于安裝和移動等優(yōu)點，用戶只需要接入水、電、即可隨時隨地制氫，高純氫制氫量可高達100Nm3/h每套
產(chǎn)品氫氣純度達到99.999%，露點達到-70℃
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