水电解制氢

水电解制氢技术动力机械及工程水电解制氢•氢气作为环境友好的能量载体，清洁、无污染、可再生•目前工业化制氢方法有许多种，包括天然气蒸汽重整制氢、甲醇重整制氢、水煤气制氢和技术最为成熟的水电解制氢。•水电解制氢的原料水则取之不尽、用之不竭，作为能源使用后反应产物又是可重复利用的水，是最有发展前景的制氢方法。•直接利用火力发电资源作为水电解制氢的电能供给，在目前的制氢方法中水电解制氢能耗是最高的，但如果采用风能、太阳能、水力能所产生的电能来电解水，那水电解制氢无疑是社会性、经济性最好的。水电解制氢•水电解制氢的优点是不使用化石燃料、产品纯度高、操作灵活、生产能力可调性大。•电解水的现象最早是在1789年被观测到，1800年Nicholson和Carlisle发展了这项技术，到1902年就已经有400多个工业电解槽。•1948年Zdansky和Lonza建造了第一台增压式水电解槽。•对氢能源研究日益深入广泛的开展，电解水技术也得到了迅猛的发展。水电解制氢水电解制氢装置碱性水电解固体聚合物水电解固体氧化物水电解碱性水电解技术最古老、成熟，操作简单，在目前广泛使用。SPE水电解技术以其电流密度高、无腐蚀性电解液、安全、性能稳定及控制简单等优点。固体氧化物电解槽从1972年开始发展起来目前还处于早期发展阶段。碱性水电解•电解水反应在电解槽中进行，电解槽内充满电解质，用隔膜将电解槽分为阳极室和阴极室，各室内分别置有电极。•用加入电解质的水溶液作为电解液。当在一定电压下电流从电极间通过时，则在阴极上产生氢气，在阳极上产生氧气，从而达到水的电解。•电极选择材料铂系金属是作为电解水电极的最理想金属，但在实际中为了降低设备和生产成本，常采用制备简单、成本低同时又具有良好的电化学性能和较好的耐蚀性的镍合金电极。碱性水电解•电解槽是整个系统的核心，结构分单极及双极两种。•单极式电解槽中电极是并联的•双极式电解槽中则是串联的单极式电解槽示意图双极式电解槽示意图碱性水电解•双极式的电解槽结构紧凑，减小了因电解液的电阻而引起的损失，从而提高了电解槽的效率。•现在工业用电解槽多为双极式电解槽。为了进一步提高电解槽转换效率，需要尽可能地减小提供给电解槽的电压，增大通过电解槽的电流。•减小电压可以通过开发新的电极材料、隔膜材料及新的电解槽结构来实现。碱性水电解•碱性水电解制氢流程•碱性水电解制氢装置固体聚合物水电解•固体聚合物电解质，简称SPE•SPE是美国通用电气公司于20世纪50年代后期开始发展起来的。•70年代初，开始将SPE应用于电解水制氢（氧）方面。•90年代以后，随着各国对氢能的重视，这项技术得到进一步发展。固体聚合物水电解•SPE电解槽反应示意图•SPE电解槽结构示意图•工作原理•SPE水电解技术用一种特殊的阳离子交换膜，起到隔离气体及离子传导的作用。•去离子水被供到膜电极上。•在阳极侧反应析出氧气、氢离子和电子，电子通过外电路传递到阴极，氢离子以水合的形式通过SPE膜到阴极。•在阴极，氢离子和电子重新结合成氢气，同时部分水也被带到阴极。固体聚合物水电解•SPE水电解制氢（氧）技术的核心是SPE电解槽，它由膜电极组件、双极板、密封垫片等组成。•SPE水电解技术特点：（1）具有高的电流密度高、装置安全可靠、维修量小、使用寿命长。（2）电解质为非透气性隔膜，能承受较大的压差，从而简化了压差控制，启动和停机迅速。（3）去离子水既是反应剂又是冷却剂，省去冷却系统，减少了装置的体积和重量。固体氧化物水电解制氢（SOEC）•它是一种高效、低污染的能量转化装置，可以将电能和热能转化为化学能。•中间是致密的电解质层，两边为多孔氢电极和氧电极。电解质的主要作用是隔开氧气和氢气,并且传导氧离子或质子。固体氧化物水电解制氢（SOEC）•固体氧化物水电解制氢（SOEC）•固体氧化物电解池在高温条件下操作，有望得到比常规电解方法更高的能源转化效率，而且产生的污染很小，但由于工作在高温下（1000℃），存在着材料和使用上的一些问题。•SOEC的能量来源可以是核能、各种可再生能源或其他高温热源。•随着研究的进一步深入，固体氧化物电解槽技术将成为制氢的主要技术。谢谢