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用碱性电解槽制氢
碱性电解槽主要由电源、电解槽、电解液、阴极、阳极和隔膜组成。电解液为氢氧化钾溶液(KOH),浓度为20%~30%;隔膜主要由石棉构成,主要起分离气体的作用,而两个电极主要由金属合金构成。
它的主要工作原理是:在阴极,水分子被分解成氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-)。氢离子得到电子产生氢原子,进而产生氢分子(H2);离子(OH-)在阳极和阳极之间电场力的作用下穿过多孔隔膜,到达阳极,在那里失去电子生成水分子和氧分子。
电解槽内的导电介质为氢氧化钾水溶液,两极室的隔板为航天电解设备的优质隔膜,与端板一体的耐腐蚀、传质良好的栅电极形成电解槽。对两极施加直流电后,水分子立即在电解槽的两极发生电化学反应,在阳极产生氧气,在阴极产生氢气。反应式如下: 阳极:2OH--2e → H2O+1/2O2↑ 阴极:2H2O +2e →2OH- +H2↑ 总反应式:2H2O → 2 H2↑ +O2↑
2. 高分子薄膜电解槽制氢
聚合物膜电解槽(PEM)制氢,有些地方也称为固体聚合物电解质(SPE),用于水电解制氢。这个原理不需要电解液,只需要纯水,比碱性电解槽更安全。电解槽效率可达85%以上。然而,由于在电极处使用铂和其他贵金属,因此薄膜材料也是昂贵的材料。 PEM电解槽目前难以大规模投入使用。
其主要工作原理是:向膜电极组件供给去离子水,在阳极侧发生氧、氢离子和电子反应;电子通过电路转移到阴极,氢离子以水合(H+XH2O)的形式通过离子交换膜到达阴极;
制氢技术
化石能源制氢技术相对成熟,可满足大规模用氢需求;制氢技术正在转向可再生能源制氢。