提問者： 游客 瀏覽次數(shù)：367 提問時間：2009-04-04 03:50

電解水所用材料：
1、電解質(zhì)（稀硫酸、食鹽水……）
2、電極材料（銅、鐵、鋅、石墨）
3、電流（DC12，V9A。DC12V，35A

幾個要點吧
1 直流電 16V左右都行，效果比較明顯

2 兩個電極，一定要用比較穩(wěn)定的金屬，炭棒，鉛棒，不然電極直接把氧氣用來氧化反應了，沒有氣泡

3 兩個電極里的越近反應越明顯。

摘要:氫能源是理想的清潔能源,電解水制氫法是重要的制氫方法,研究開發(fā)具有高析氫催化活性的電極材料就成為該法中降低能耗的重要手段.研究表明,過渡系金屬合金能夠通過協(xié)同效應降低金屬材料的析氫過電位,Ni-Mo合金被證明是堿性溶液中析氫性能最好的二元合金.復合電沉積是材料制備的新方法,復合鍍層在力、光、電、熱、磁等方面具有優(yōu)異性能,因而具有廣泛的發(fā)展前景.作為析氫材料,復合微粒的添加可以進一步增大材料的比表面積,同時,復合微粒和基質(zhì)金屬的共同作用也有利于提高電極的析氫催化活性.目前,針對Ni-Mo基復合電極材料的研究還很少,因此,這一系金屬合金具有較大的發(fā)展空間. 
本文采用復合電沉積技術制備了Ni-Mo合金復合電極,并摸索了基質(zhì)Ni-Mo合金的制備工藝,通過穩(wěn)態(tài)極化曲線測試、EDTA絡合滴定法、研究了制備工藝條件主鹽濃度、沉積電流密度、pH值、沉積溫度、沉積時間等對鍍層組成及析氫性能的影響,采用SEM、XRD分析了鍍層的表觀形貌和鍍層結(jié)構.在此基礎上,以儲氫合金AB<,5>粉末、Ni粉、CeO<,2>粉末為復合微粒制備了復合材料,同時還制備了用稀土鹽修飾的Ni.MoRE電極,以相同的測試手段研究了復合顆粒種類、沉積時間對鍍層表觀形貌及鍍層結(jié)構的影響. 
實驗結(jié)果顯示本實驗中,沉積電流密度為100 
mAcm<'2>,pH=8～9,T=35℃條件下得到的Ni-Mo合金鍍層析氫性能最好,鍍層中Mo含量約為40﹪,在6M 
KOH溶液中,析氫電流密度為0.1Acm<'2>時,其析氫電位比純Ni電極的降低近500 
mV.鍍層SEM結(jié)果顯示為多孔結(jié)構,XRD測試結(jié)果顯示為非晶態(tài)結(jié)構,晶粒尺寸為1.3nm左右. 
在此基礎上得到的Ni-MoRE合金電極晶粒進一步細化Ni-Mo復合鍍層由于復合微粒的加入,表面粗糙度顯著增加,Ni-MoRE合金電極和Ni-Mo復合電極都使電極的析氫過電位比Ni-Mo合金的進一步降低,同時,較長的沉積時間,適當?shù)膹秃衔⒘Ｌ砑恿?以及適當?shù)臄嚢鑼π纬尚阅軆?yōu)良的析氫鍍層較為有利.電極反應動力學參數(shù)和交流阻抗圖譜結(jié)果顯示,幾種材料的析氫機理均符合Volmer-Heyrovskey機理.
標題:鎳鉬合金電解水制氫復合電沉積析氫催化活性電極材料

小型制氫裝置
一、電解水制氫設備工作原理
電解純水原理是把水分子H2O分解成H2和O2，在SPE固體交換膜的電解槽上，SPE固體交換膜不單支持電解反應，同時又起到分離氣體的作用。
電解過程
1氫氣，水在負極上發(fā)生4H++4e-反應，產(chǎn)生氫氣。
2氧氣，水在正極上發(fā)生電解反應，產(chǎn)生氧氣。
二、工藝流程簡介
工業(yè)軟水輸入系統(tǒng)。電解槽中的水，在直流電的作用下被分解成H2與O2，氫氣由調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制輸出，供用戶使用。
設備技術性能：
1、 氫氣產(chǎn)量L/min，20℃，latm    2、3、4、5、6、10、15
2、 氫氣純度%                    ≥99.99
3、 輸出壓力MPa                  0.3
4、 電源電壓                      220v  50HZ
三、制氫裝置主要設計條件：
原料水（電解用水）：
要求：去離子水（或二次蒸餾水），電阻率＞105Ω?cm；氯離子含量＜2mg/l；懸浮物＜lmg/l， ：   
軟水（≤4個德國度）。
四、結(jié)構特點
1、零機距，高活性SPE催化電極對。
2、傳傳熱化學工藝性能的復極多元電解槽結(jié)構。
3、電化學性、抗蝕性、耐鈍化性等性能優(yōu)越的復極復極多元電解槽選材。
五、功能特性
1、 電解純水（杜絕加堿）制氫，無腐蝕、無污染、氫氣純度高。
2、 單元槽槽電壓低，電解槽內(nèi)阻小不發(fā)熱，干燥劑更換周期長，氫氣純度高。
3、 氫氣穩(wěn)定，穩(wěn)流輸出，并隨負載用氣量變化自動跟蹤，自動保護技術齊全、可靠。
4、 耗電小，電解效率高
5、 設備占地少，操作維護簡單安全。
6、 小型產(chǎn)品是為各類氣相色譜儀器供氣的理想設備，大型氫氣發(fā)生器可以廣泛用于用氣量小于1立方米/小時，使用工業(yè)氫，純氫，高純氫的場所。避免儲存鋼瓶氫的安全隱患和運輸、搬運鋼瓶氫的人力，費用等。
7、 氫氣質(zhì)量穩(wěn)定，穩(wěn)流輸出，并隨負載用氣量變化自動跟蹤，自動保護技術齊全、可靠。
水電解制氫裝置
　電解水制氫是目前最為廣泛使用的將可再生資源轉(zhuǎn)換為氫的技術. 當兩個電極(陰
極和陽極)分別通上直流電, 并且浸入水中時, 水將會被分解并在陰極和陽極分別產(chǎn)生
氫氣和氧氣. 這個過程就是電解水. 這樣的裝置則為電解槽.
電解水由分別發(fā)生在陰極和陽極的兩個化學反應組成, 如式(1),(2)和(3):
Anode: H2O + electrical energy →
2
1 O2 + 2H+ + 2e- (1)
Cathode: 2H+ + 2e- → H2 (2)
Overall: H2O + electrical energy → H2 +
2
1 O2 (3)
電解水的基本原理見圖1. 在催化劑和直流電的作用下, 水分子在陽極失去電子, 被分
解為氧氣和氫離子, 氫離子通過電解質(zhì)和隔膜到達陰極, 與電子結(jié)合生成氫氣.
O2 H2
Diaphragm Anode Cathode
e-
H+
圖1. 電解水的基本原理示意圖
Fig.1. Schematics of basic principle of water electrolysis
最早的電解水現(xiàn)象是在1789 年被觀測到. 之后, 電解水技術得到了較快的發(fā)展. 到
1902 年, 世界上就已經(jīng)有超過400 臺電解槽裝置. 目前市場上的電解槽可以分為三種: (1)
堿性電解槽(Alkaline Electrolyzer); (2) 質(zhì)子交換膜電解槽(Proton Exchange Membrane
Electrolyzer)和(3)固體氧化物電解槽(Solid Oxide Electrolyzer). 表1. 總結(jié)和對比了這三
種電解槽技術的特點.
表1. 不同電解槽技術的對比
Table 1. Comparison between different electrolyzer technologies
Electrolyzer Type Electrolyte Operating Temperature (oC) Carriers Efficiency Cost (US$/kW)
Alkaline electrolyzer
20-30% KOH
70-100
OH-
80%
400-600
PEM electrolyzer PEM polymer
50-90 H+ 94% 2000
Solid oxide
electrolyzer
Yttria-stabilized
zirconnia
600-1000 O2- 90% 1000-1500
堿性電解槽是最早商業(yè)化的電解槽技術, 雖然其效率是三種電解槽中最低的, 但
由于價格低廉, 目前仍然被廣泛使用, 尤其是在大規(guī)模制氫工業(yè)中. 堿性電解槽的缺
點是效率較低和使用石棉作為隔膜. 石棉具有致癌性, 很多國家已經(jīng)提出要禁止石棉
在堿性電解槽中的使用. 據(jù)報道, PPS(Poly Phenylene Sulfide), PTFE(Poly Tetra
Fluorethylene), PSF(Poly SulFone) [7]以及Zirfon [8]等聚合物在KOH溶液中具有和
石棉類似的特性, 甚至還優(yōu)于石棉, 將有可能取代石棉而成為堿性電解槽的隔膜材料.
發(fā)展新的電極材料, 提高催化反應效率, 是提高電解槽效率的有效途徑. 研究表明
Raney Nickel 和 Ni-Mo 等合金作為電極能有效加快水的分解, 提高電解槽的效率
[9,10].
質(zhì)子交換膜電解槽由于轉(zhuǎn)換效率很高而成為很有發(fā)展前景的制氫裝置. 由于采用
很薄的固體電解質(zhì)(PEM), 具有很好的機械強度和化學穩(wěn)定性, 并且歐姆損失較小. 在
日本, 效率達94.4%的質(zhì)子交換膜電解槽已經(jīng)研制成功 [11]. 但由于質(zhì)子交換膜(目前
常用的是由杜邦公司的Nafion)和使用鉑電極催化劑, 價格昂貴, 制約了其廣泛使用.
今后研究的重點是降低成本, 和進一步提高其轉(zhuǎn)換效率. 成本的降低主要是通過降低
貴重金屬鉑在催化層中的含量和尋找廉價的質(zhì)子交換膜材料. 目前這個兩個領域都已
經(jīng)取得了一定成效. 印度的電化學和能源研究所(CEER)成功將鉑的含量在沒有影響電
解槽整體性能的情況下從0.4mg/cm2降到了0.1mg/cm2 [12]. 使用噴濺沉積法(Sputter
deposition)制備催化層也同樣獲得了成功, 并且使鉑的含量降到了0.014 mg/cm2
[13,14]. 其他廉價的替代材料, 如Polyphosphazene [15]和Sulfonated Polystyrene
(SPS) [16]等也被證實具有和Nafion類似的特性, 有可能被用到質(zhì)子交換膜電解槽中用
做電解質(zhì). 可以預見, 隨著質(zhì)子交換膜電解槽技術的成熟和價格的降低, PEM電解槽將
成為制氫的主要裝置.
固體氧化物電解槽(Solid Oxide Electrolyzer)是另一種新興的電解槽技術. 這種
電解槽的缺點是工作在高溫, 給材料的選擇帶來了一定限制. 優(yōu)點是較高的反應溫度
使得電化學反應中,部分電能被熱能代替, 從而效率較高, 尤其是當余熱被汽輪機, 制
冷系統(tǒng)等回收利用時, 系統(tǒng)效率可達90%. 目前的研究重點是尋找在高溫下具有對氧離
子良好導電性的電解質(zhì)材料和適當降低電解槽的工作溫度.
一、    壓力型水電解制氫裝置工作原理
水電解制氫是一種較為方便的方法。在充滿氫氧化鉀或氫氧化鈉的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發(fā)生電化學反應，分解成氫氣和氧氣。其化學反應式如下 ：
陰 極：2H2O+2e          H2↑ +2OH
陽 極： 2OH—2e        H2O+1/2O2↑
總反應式：2H2O        2 H2↑+ O2↑
根據(jù)庫侖定律，氣體產(chǎn)量與電流成正比，與其它因素無關。氫氧化鉀的作用在于增加水的電導，本身不參加電解反應，理論上是不消耗的。電解液中加入五氧化二礬的作用是在于降低電解電壓。單位氣體產(chǎn)量的電耗，取決于電解電壓，電解槽的工作溫度越高，電解電壓越低，同時也增加了對電解槽材料，主要是隔膜材料的腐蝕。石棉在堿液中長期使用溫度不能超過100℃，因此操作溫度選擇在80~85℃為宜。電解壓力的選擇主要根據(jù)用氫的需要。氣體純度決定于制氫機結(jié)構和操作情況。在設備完好（主要是電解槽隔膜無損壞）操作壓力正常（主要是壓差控制正常）的條件下，純度是穩(wěn)定的。
二、工藝流程簡介
工業(yè)軟水經(jīng)純水裝置制取純水，并送入原料水箱，經(jīng)補水泵輸入堿液系統(tǒng)，補充被電解消耗的水。電解槽中的水，在直流電的作用下被分解成H2與O2，并與循環(huán)電解液一起分別進入框架中的氫、氧分離洗滌器后進行氣液分離、洗滌、冷卻。分離后的電解液與補充的純水混合后，經(jīng)堿液冷卻器、堿液循環(huán)泵、過濾器送回電解槽循環(huán)，電解。調(diào)節(jié)堿液冷卻器冷卻水流量，控制回流堿液的溫度，來控制電解槽的工作溫度，使系統(tǒng)安全運行。分離后的氫氣由調(diào)節(jié)閥控制輸出，送入氫氣儲罐，再經(jīng)緩沖減壓后，供用戶使用
制氫裝置的工藝流程設計合理，控制手段先進，配套功能齊全合理，具有以下良好的性能：
三、設備特點；
1設備結(jié)構緊湊,體積小,占地面積少。
2電極板采用日本超深沖壓冷軋板材料,電鍍均勻,電解效率高,能耗低。
3槽體結(jié)構新穎，安全可靠（已獲國家專利）。裝拆方便，絕無滲漏。
4隔膜墊片采用石棉隔膜與改性密封材料一體成形，不僅冷流性小，且密封性能好，因而能長期抗腐蝕和抗老化。
5鎳絲網(wǎng)采用獨特的噴涂工藝并經(jīng)活化處理，大大降低了電解能耗。
6整套設備配備了完善的檢測手段，配備了氫氣、氧氣純度分析儀，實現(xiàn)在線分析、報警，并可配備氫氣泄漏報警儀，實現(xiàn)報警、聯(lián)鎖功能，以確保系統(tǒng)的安全、可靠。
7附屬設備全部為不銹鋼材料，并經(jīng)拋光處理，不僅經(jīng)久耐用，而且美觀漂亮.
8整套設置實現(xiàn)PLC控制，操作方便、簡單、安全。
9電解槽大修周期保證為十年。
  四、主要部件：
水電解槽
附屬設備框架
堿液循環(huán)泵
控制柜
可控硅整流柜
變壓器
原料水箱
堿液箱
氫中氧分析儀
氧中氫分析儀
　電解水制氫是目前最為廣泛使用的將可再生資源轉(zhuǎn)換為氫的技術. 當兩個電極(陰
極和陽極)分別通上直流電, 并且浸入水中時, 水將會被分解并在陰極和陽極分別產(chǎn)生
氫氣和氧氣. 這個過程就是電解水. 這樣的裝置則為電解槽.
電解水由分別發(fā)生在陰極和陽極的兩個化學反應組成, 如式(1),(2)和(3):
Anode: H2O + electrical energy →
2
1 O2 + 2H+ + 2e- (1)
Cathode: 2H+ + 2e- → H2 (2)
Overall: H2O + electrical energy → H2 +
2
1 O2 (3)
電解水的基本原理見圖1. 在催化劑和直流電的作用下, 水分子在陽極失去電子, 被分
解為氧氣和氫離子, 氫離子通過電解質(zhì)和隔膜到達陰極, 與電子結(jié)合生成氫氣.
O2 H2
Diaphragm Anode Cathode
e-
H+
圖1. 電解水的基本原理示意圖
Fig.1. Schematics of basic principle of water electrolysis
最早的電解水現(xiàn)象是在1789 年被觀測到. 之后, 電解水技術得到了較快的發(fā)展. 到
1902 年, 世界上就已經(jīng)有超過400 臺電解槽裝置. 目前市場上的電解槽可以分為三種: (1)
堿性電解槽(Alkaline Electrolyzer); (2) 質(zhì)子交換膜電解槽(Proton Exchange Membrane
Electrolyzer)和(3)固體氧化物電解槽(Solid Oxide Electrolyzer). 表1. 總結(jié)和對比了這三
種電解槽技術的特點.
表1. 不同電解槽技術的對比
Table 1. Comparison between different electrolyzer technologies
Electrolyzer Type Electrolyte Operating Temperature (oC) Carriers Efficiency Cost (US$/kW)
Alkaline electrolyzer
20-30% KOH
70-100
OH-
80%
400-600
PEM electrolyzer PEM polymer
50-90 H+ 94% 2000
Solid oxide
electrolyzer
Yttria-stabilized
zirconnia
600-1000 O2- 90% 1000-1500
堿性電解槽是最早商業(yè)化的電解槽技術, 雖然其效率是三種電解槽中最低的, 但
由于價格低廉, 目前仍然被廣泛使用, 尤其是在大規(guī)模制氫工業(yè)中. 堿性電解槽的缺
點是效率較低和使用石棉作為隔膜. 石棉具有致癌性, 很多國家已經(jīng)提出要禁止石棉
在堿性電解槽中的使用. 據(jù)報道, PPS(Poly Phenylene Sulfide), PTFE(Poly Tetra
Fluorethylene), PSF(Poly SulFone) [7]以及Zirfon [8]等聚合物在KOH溶液中具有和
石棉類似的特性, 甚至還優(yōu)于石棉, 將有可能取代石棉而成為堿性電解槽的隔膜材料.
發(fā)展新的電極材料, 提高催化反應效率, 是提高電解槽效率的有效途徑. 研究表明
Raney Nickel 和 Ni-Mo 等合金作為電極能有效加快水的分解, 提高電解槽的效率
[9,10].
質(zhì)子交換膜電解槽由于轉(zhuǎn)換效率很高而成為很有發(fā)展前景的制氫裝置. 由于采用
很薄的固體電解質(zhì)(PEM), 具有很好的機械強度和化學穩(wěn)定性, 并且歐姆損失較小. 在
日本, 效率達94.4%的質(zhì)子交換膜電解槽已經(jīng)研制成功 [11]. 但由于質(zhì)子交換膜(目前
常用的是由杜邦公司的Nafion)和使用鉑電極催化劑, 價格昂貴, 制約了其廣泛使用.
今后研究的重點是降低成本, 和進一步提高其轉(zhuǎn)換效率. 成本的降低主要是通過降低
貴重金屬鉑在催化層中的含量和尋找廉價的質(zhì)子交換膜材料. 目前這個兩個領域都已
經(jīng)取得了一定成效. 印度的電化學和能源研究所(CEER)成功將鉑的含量在沒有影響電
解槽整體性能的情況下從0.4mg/cm2降到了0.1mg/cm2 [12]. 使用噴濺沉積法(Sputter
deposition)制備催化層也同樣獲得了成功, 并且使鉑的含量降到了0.014 mg/cm2
[13,14]. 其他廉價的替代材料, 如Polyphosphazene [15]和Sulfonated Polystyrene
(SPS) [16]等也被證實具有和Nafion類似的特性, 有可能被用到質(zhì)子交換膜電解槽中用
做電解質(zhì). 可以預見, 隨著質(zhì)子交換膜電解槽技術的成熟和價格的降低, PEM電解槽將
成為制氫的主要裝置.
固體氧化物電解槽(Solid Oxide Electrolyzer)是另一種新興的電解槽技術. 這種
電解槽的缺點是工作在高溫, 給材料的選擇帶來了一定限制. 優(yōu)點是較高的反應溫度
使得電化學反應中,部分電能被熱能代替, 從而效率較高, 尤其是當余熱被汽輪機, 制
冷系統(tǒng)等回收利用時, 系統(tǒng)效率可達90%. 目前的研究重點是尋找在高溫下具有對氧離
子良好導電性的電解質(zhì)材料和適當降低電解槽的工作溫度.