水电解制氢
①碱性条件:
阴极:4H2O+4e=2H2↑+4OH
阳极:4OH-4e=2H2O+O2↑
总反应式:2H2O=2H2↑+O2↑
②酸性条件:
阳极:2H2O-4e=O2↑+4H
阴极:4H+4e=2H2↑
反应遵循法拉第定律,气体产量与电流和通电时间成正比。
在一些电解质水溶液中通入直流电时,分解出的物质与原来的电解质完全没有关系,被分解的是作为溶剂的水,原来的电解质仍然留在水中。例如硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等均属于这类电解质。
在电解水时,由于纯水的电离度很小,导电能力低,属于典型的弱电解质,所以需要加入前述电解质,以增加溶液的导电能力,使水能够顺利地电解成为氢气和氧气。
固体聚合物电解质
固体聚合物电解质,SPE电解水,最初用于向宇宙飞船或潜水艇供氧,或在实验室作为氢气发生器(可用于气体色谱)。核电大规模发展以后,人们利用SPE技术在用电低谷电解水产生氢,在供电高峰以SPE氢-氧燃料电池向外供电,使之成为能量贮存转换装置。
电解纯水
通过直接电解纯水产生高纯氢气(不加碱),电解池只电解纯水即可产氢。通电后,电解池阴极产氢气,阳极产氧气,氢气进入氢/水分离器。氧气排入大气。氢/水分离器将氢气和水分离。氢气进入干燥器除湿后,经稳压阀、调节阀调整到额定压力(0.02~0.45Mpa可调)由出口输出。电解池的产氢压力由传感器控制在0.45Mpa左右,当压力达到设定值时,电解池电源供应切断;压力下降,低于设定值时电源恢复供电。
在氯碱工业中副产多量较纯氢气,除供合成盐酸外还有剩余,也可经提纯生产普氢或纯氢。像化工二厂用的氢气就是电解盐水的副产。
2018年12月9日,中国科学技术大学俞书宏教授团队和高敏锐教授团队合作,研制出一种高性能低成本的新型三元纳米片电催化剂。国际学术期刊《德国应用化学》发表了该研究成果。[1]
2021年[2]11月26日,由华能清能院、华能四川公司、华能四川氢能公司、考克利尔竞立联合研制的国际首1300Nm3/h(标准立方米/小时)碱性制氢水电解槽正式下线。
[1] 目前电解水制氢的工艺流程是什么样的? · 知乎[引用日期2021-07-05]
[2] 氢能源发展里程碑!国产“巨无霸”制氢水电解槽下线 · 今日头条[引用日期2021-11-26]
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