電解液的電阻受多種因素的影響。首先是電解液的種類和濃度。例如,在堿性電解液中,氫氧化鉀(KOH)濃度的變化會(huì)改變電解液的導(dǎo)電性。一般而言,濃度越高,離子數(shù)量越多,導(dǎo)電性越好,電阻越小,電壓損耗也會(huì)相應(yīng)降低。但是過(guò)高的濃度可能會(huì)導(dǎo)致其他問(wèn)題,如腐蝕電極等。其次是溫度。溫度升高,電解液中離子的運(yùn)動(dòng)速度加快,離子遷移率增加,使得電解液的電阻減小。例如,當(dāng)溫度從20℃升高到80℃時(shí),氫氧化鉀電解液的電阻會(huì)降低,從而減少電壓損耗。另外,電解池的幾何結(jié)構(gòu)也會(huì)影響電壓損耗。電極間距越大,離子傳輸?shù)木嚯x越長(zhǎng),電解液的電阻就越大,電壓損耗也就越大。同時(shí),電解池的形狀、電極的大小和排列方式等也會(huì)對(duì)電解液的電阻產(chǎn)生一定的影響。水電解制氫被認(rèn)為是未來(lái)制氫的發(fā)展方向,特別是利用可再生能源電解水制氫。新鄉(xiāng)電解水
堿性電解水技術(shù)是電解水技術(shù)中發(fā)現(xiàn)得早的,也是目前電解水技術(shù)中為成熟的。其原理可以簡(jiǎn)單地描述為:在兩個(gè)電極之間施以直流電,并用隔膜將陰陽(yáng)兩極分離開(kāi)來(lái),在陽(yáng)極,OH-發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣,在陰極,H+被還原生成氫氣,如圖 1-1 所示。通常高比表面的鍍鎳鋼板或者鎳銅鐵作為陽(yáng)極催化劑,并在上面負(fù)載錳、鎢和釕的氧化物,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 30%的 KOH 或者 Na OH 溶液作為電解液,鍍有高比表面鎳或者鎳鈷合金的鋼材則作為陰極催化劑,運(yùn)行時(shí),槽壓一般在 1.9 V 到 2.6 V 之間。包頭制氫設(shè)備的廠家排名燃料電池汽車被視為整個(gè)綠氫行業(yè)的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè),但下一步的關(guān)鍵是成本下降,同時(shí)帶動(dòng)更大場(chǎng)景更大規(guī)模應(yīng)用。
綠氫制取技術(shù)包括利用風(fēng)電、水電、太陽(yáng)能等可再生能源電解水制氫、太陽(yáng)能光解水制氫及生物質(zhì)制氫,其中可再生能源電解水制氫是應(yīng)用**廣、技術(shù)**成熟的方式。電解水制氫,即通過(guò)電能將水分解為氫氣與氧氣的過(guò)程,該技術(shù)可以采用可再生能源電力,不會(huì)產(chǎn)生CO2和其他有毒有害物質(zhì)的排放,從而獲得真正意義上的“綠氫”。電解水制氫原料為水、過(guò)程無(wú)污染、理論轉(zhuǎn)化效率高、獲得的氫氣純度高,但該制氫方式需要消耗大量的電能,其中電價(jià)占總氫氣成本的60%~80%。
在電解水制氫時(shí),水發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),在陰極產(chǎn)生氫氣,在陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣。純水作為電解質(zhì)時(shí),為弱電解質(zhì),電離程度低,且導(dǎo)電能力較差,因此往往會(huì)在水溶液中加入容易電離的電解質(zhì)用于增加電解液的導(dǎo)電性。堿性電解質(zhì)制氫的效果較好,不會(huì)腐蝕電極和電解池中的設(shè)備,通常采用濃度為20%~30%的KOH或者NaOH溶液作為電解質(zhì),并且通常用鍍鎳鋼板或者鎳銅鐵作為陽(yáng)極催化劑,鍍有鎳或者鎳鈷合金的鋼材則作為陰極催化劑,運(yùn)行時(shí),施加的電壓一般在1.9 V到2.6 V之間。PEM電解水制氫是潛力的電解水制氫技術(shù),有望成為“綠電+綠氫”生產(chǎn)模式的主流發(fā)展趨勢(shì)。
陽(yáng)離子/質(zhì)子交換膜水電解技術(shù)(PEM)該技術(shù)是指使用質(zhì)子(陽(yáng)離子)交換膜作為固體電解質(zhì)替代了堿性電解槽使用的隔膜和液態(tài)電解質(zhì)(30%的氫氧化鉀溶液或26%氫氧化鈉溶液),并使用純水作為電解水制氫原料的制氫過(guò)程。和堿性電解水制氫技術(shù)相比,PEM電解水制氫技術(shù)具有電流密度大、氫氣純度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),并且,PEM電解水制氫技術(shù)工作效率更高,易于與可再生能源消納相結(jié)合,是目前電解水制氫的理想方案。但是由于PEM電解槽需要在強(qiáng)酸性和高氧化性的工作環(huán)境下運(yùn)行,因此設(shè)備需要使用含貴金屬(鉑、銥)的電催化劑和特殊膜材料,導(dǎo)致成本過(guò)高,使用壽命也不如堿性電解水制氫技術(shù)。在未來(lái)的研發(fā)中,制氫設(shè)備不斷迭代升級(jí),有望在能源轉(zhuǎn)型和氫能產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮更為重要的作用。電解制氫呼市
PEM電解水制氫是制取綠氫的主要技術(shù)路線之一,與可再生能源適配度高,是極具潛力的制氫技術(shù)。新鄉(xiāng)電解水
在直流電作用下,水分子在陰極發(fā)生還原反應(yīng),生成氫氣和氫氧根離子(OH–),氫氧根離子在電場(chǎng)和氫氧側(cè)濃度差的作用下穿過(guò)隔膜到達(dá)陽(yáng)極,在陽(yáng)極一側(cè)發(fā)生析氧反應(yīng),生成氧氣和水。電解槽裝配時(shí)浸沒(méi)在高濃度(20%~30%)的KOH 溶液中,此時(shí)離子電導(dǎo)率比較大,主要缺點(diǎn)是電解液具有腐蝕性,NaOH 和NaCl 溶液也可作電解液,但不常用。堿槽的電解池分成兩個(gè)電極,電極將氣密隔膜分開(kāi)。由于隔膜的阻礙,氫氣和氧氣不會(huì)通過(guò)隔膜混合在一起,但是電解液卻可以通過(guò)隔膜進(jìn)入另一側(cè)。制氫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),氫氣和堿液的混合液以及氧氣與堿液的混合液分別經(jīng)過(guò)氣水分離器,將氣體和溶液分離,堿液回流至電解槽,氫氣和氧氣分別進(jìn)入純化裝置提純后進(jìn)行收集。新鄉(xiāng)電解水