碱性电解水技术

发布网友发布时间：2024-09-28 22:02

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热心网友时间：2024-10-21 11:10

电解技术是一种通过电流在电解质中引发化学反应和产物分离的过程，其核心设备是电解槽，由电极、隔膜和电解液组成。在水电解氢的实例中，通过直流电作用，水分子在阳极被氧化生成氧气，而在阴极则还原为氢气。图1展示了碱性电解水制氢的基本原理，反应过程分为半反应和总反应，具体见式（1）-（3）。

传统的碱性电解槽采用10%至30%的KOH溶液，工作压力在1.6至3.2MPa，温度保持在80至90℃，电流密度在200至400mA/cm²，对应的电压范围是1.8至2.4V。尽管这项技术广泛应用，但仍面临能耗高和成本高昂的问题。为改善这一状况，研究者致力于优化催化剂、隔膜材料、电极设计和电解槽结构，以减少电阻，降低能耗，提升制氢效率。此外，电力成本占电解水制氢成本的80%，因此，降低电价是降低成本的关键，这将有助于增强绿色氢气的市场竞争力，推动电解水制氢的规模化应用。

碱性阴离子交换膜(AEM)电解槽是一种创新设计，它结合了阳离子交换膜(PEM)和传统碱液电解槽的优点。AEM电解槽采用PEM结构，利用便宜的镍基催化剂和超薄高电导率的碳氢化合物膜，既减小了设备尺寸和重量，又降低了成本。它采用纯水或低浓度碱液，适应高电流密度和压力运行，提高了气体产物的纯度。然而，AEM电解槽的实验室研究仍处在发展阶段，挑战在于开发出具有高离子导率和稳定性的膜材料。未来，科研人员将继续攻克这一难题，以实现高效、低成本和稳定的AEM电解槽技术。