电解水制氢的原理需要多大电压电流能生产2立方米氢气功率需

电解水氢气
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技术开发人员
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国际编号:
广东省 深圳市
微型电解水器
微型电解水器
加工定制:
化学教学仪器
江苏省 泰州市
国家知识产权出版社
适用对象:
辽宁省 本溪市
宝鸡申奥钛工
陕西省 宝鸡市
电源电压:
工作方式:
河北省 邢台市
测量范围:
电流规格:
防护等级:
工作电压:
工作温度:
河北省 邢台市
5400.00/台
加工定制:
河北省 邢台市
江苏省 泰州市
产品等级:
执行质量标准:
四川省 成都市
产品等级:
执行质量标准:
江苏省 苏州市
加工定制:
提取气体类型:
提取气体状态:
应用领域:
不锈钢带退火
江苏省 苏州市
5000.00/台
产品等级:
豫北防爆振动电机
1430次/min
河南省 安阳市
产品等级:
执行质量标准:
提取形态:
山东省 青岛市
产品等级:
执行质量标准:
99.999(%)
充装量(立方):
螺纹出口:
W21.8反螺纹
湖北省 武汉市
产品等级:
适用领域:
执行质量标准:
99.9~99.9999(%)
四川省 成都市
产品等级:
适用领域:
执行质量标准:
安徽省 滁州市
29790.00/台
加工定制:
充气电缆氢气查漏仪
测量范围:
测量对象:
充气电缆漏气点
江苏省 南通市
18000.00/台
HDAQ(FC)-10
HDAQ(FC)-10
加工定制:
炉膛最高温度:
工作温度:
750-850(℃)
工作室尺寸:
650-350(mm)
江苏省 苏州市
3100.00/副
产品等级:
适用领域:
主要用途:
山东省 济宁市
产品等级:
执行质量标准:
广东省 佛山市
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1000.00/件
氢气集装格 十六瓶组集装格 华东地区优选
加工定制:
介质尺寸:
不锈钢、碳钢
江苏省 镇江市
产品等级:
99.999%(%)
执行质量标准:
国家物质标准
国标GBW(E)
生产周期:
产品等级:
山东省 东营市
HDAQ99.99-15
加工定制:
氨气分解炉
提取气体类型:
提取气体状态:
应用领域:
江苏省 苏州市
产品等级:
执行质量标准:
湖南省 株洲市
产品等级:
执行质量标准:
钢瓶、鱼雷车
江苏省 苏州市
6000.00/台
YLJ-150/2.0
产品等级:
适用领域:
执行质量标准:
YLJ-150/2.0
江苏省 盐城市
产品等级:
执行质量标准:
HG/T2327-92
北京 丰台区
河南省 安阳市
产品等级:
适用领域:
主要用途:
浙江省 金华市
产品等级:
适用领域:
主要用途:
山东省 济南市
产品等级:
适用领域:
主要用途:
广东省 广州市
产品等级:
适用领域:
执行质量标准:
计量单位:
广东省 深圳市
1700.00/瓶
产品等级:
适用领域:
主要用途:
广东省 珠海市
产品等级:
执行质量标准:
广东省 深圳市
产品等级:
适用领域:
执行质量标准:
广东省 肇庆市
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电解水制氢
  法国国家科研中心日前发表公报说,该中心参与的一个研究小组发明一种新试剂,能在试管内激活微生物体内的一种酶,这种酶能催化电解水制氢过程,降低电解水制氢成本。   这种试剂由一种与氢化酶活性中心相似的仿生化合物和蛋白质组成,能够与不具有...
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电解水制氢气钛阳极
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电解水制取H2、O2
电解制氢气氧气用钛阳极
电解制氢气氧气用钛阳极是我公司利用多年时间自主研发生产,现已投放市场,质量稳定,环保无二次污染,低过电位,节能效果好,可节约15――20%能源。有板、网、管形状,也可根据用户特殊要求定做生产异型件。
1电解水制氢研究进展 水电解制氢是实现工业化廉价制备
H2的重要手段,可制得纯度为99%~99.9%的产品。每年我国在水电解制氢上的电能消耗达到(1.5×107)kW?h以上。当电流从电极间通过时,在阴极上产生氢气,在阳极上产生氧气,水被电解掉[2]。水电解制氢设备中的核心部分是电解槽,电极材料又是电解槽的关键所在。电极性能的好坏在很大程度上决定着水电解的槽电压高低及能耗大小,并直接影响成本。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在
75%~85%,其工艺过程简单,无污染,但电耗大,因此起应用收到一定的限制。 解水反应是在电解槽中进行的,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。由于水的导电性很小,故用加入电解质的水溶液(浓度约为 15%)。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。理论上来说,铂系金属是作为电解水电极的最理想金属,但实际中为了降低设备和生产成本,常采用镀镍的铁电极。进行电解水时,电极反应式如下[3]。酸性溶液中,阴极反应:4H++4e=2H2∏=0V 阳极反应:2H2O =4H++O2+4e
∏=1.23V 碱性 溶液中,阴极反应 :4H2O +4e=2H2+4OH ∏=-0.828V 阳极反应:4OH-=2H2O+O2+4e
∏=0.401V 从上式可以看出,不论在酸性还是碱性溶液中,水电解的总反应都是如下。2H2O=2H2+O2水的理论分解电压与 pH
值无关,因而酸性溶液或碱性溶液都可作为电解液。但从电解槽结构及材料的选择方面来看,使用酸性容易出各种故障。故现在工业上都采用碱性溶液。 (1) 传碱性电解技统术 碱性水电解制氢是目前制备氢气比较常用而且也是发展比较成熟的方法。该法对设备的要求不高,投资主要集中在设备;制得的氢纯度高,但效率不是很高。其工艺过程也相对环保无污染,但是消耗大量电能,因此受到一定的限制。工业上电解水的压力一般在1.65~2.2V。评价碱性水电解电极材料的优良与否,电极材料的使用寿命和水电解能耗是关键因素。当电流密度不大时,主要影响因素是过电位;电流密度增大后,过电位和电阻电压降成为主要能耗的因素。在实际应用中工业电极应具有以下几点[3]:(1)高表面积;(2)高导电性;(3)良好的电催化活性;(4)长期的机械和化学稳定性;(5)小气泡析出;(6)高选择性;(7)易得到和低费用;(8)安全性。水电解制氢往往要求采用较大的电流密度(4000 A/m2以上),因此第 2 和第 4 点显得更加重要。因为高导电性可以降低欧姆极化所引起的能量损失,高稳定性保证电极材料的长寿命。而1和3则是降低析氢、析氧过电位的要求,也是评价电极性能的重要指标。 (2) 固体高分子电解质 SPE 水电解技术 由于以液体为电解质的电解槽,效率低,不便移动,经常需要维修,因此人们积极寻求新型电解质,这促使了固体聚合物电解质(solid polymer electrolyte , SPE ) 又 称 为 质 子 交 换 膜 ( proton exchange membrane,PEM)的开发和应用研究的深入。目前采用固态 Nafion 全氟磺酸膜作为电解质的电解槽。电极采用具有高催化性能的贵金属或其氧化物,将它们制成具有大比表面的粉状形态,利用Teflon 黏合并压在 Nafion 膜的两面,形成一种稳定的膜与电极的结合体[4]。 ((((3))))
高温水蒸气电解工艺 水电解制氢的另一种是高温水蒸气电解。这是从固体氧化物燃料电池派生出来的方法。电解室一般用 Y2O3稳定的 ZrO2作为电解质,温度越高,电阻越小。但从材料的耐热性来看,温度上限以1000℃为宜。通常用镍和陶瓷的混合烧结体作阴极,并用具有导电性的钙钛复合氧化物做阳极[5]。 2 生物制氢的发展 利用微生物制取氢气这一课题已经研究了几十年。在 20 世纪 30 年代,第一次报道了细菌暗发酵制取氢气。随后在 1942 年 Gaffron 和 Rubin 报道了绿藻利用光能产生氢气,1949 年 Gest 和 Kamen 发现了光营养产氢细菌。Spruit 在 1958 年证实了藻类可以通过直接光解过程产氢而不需要借助于二氧化碳的固定过程。Healy(1970 年)的研究表明光照强度过高时由于氧气的产生 Chlamydomonas moewsuii 的产氢过程将受到抑制。20 世纪 70 年代能源危机期间,全世界对生物制氢进行了大量的研究。Thauer
于 1976年指出,由于暗发酵至多只能将
葡萄糖生成4mol 氢气和 2mol 乙酸,故其很难应用于实际生产中。而光营养细菌可以将有机酸等底物完全转化为氢气,所以此后生物制氢的研究基本上都集中于光发酵。20世纪 80 年代初在世界范围内研究与发展计划(R&D)对可再生能源的支持逐渐减少。到 90 年代早期,环境问题日益严重,又使人们将注意力集中到可替代能源上。在德国、日本、美国生物制氢 R&D 的支持下,藻类利用光能从水中制取氢气这一领域得到了广泛的研究。然而,这一过程中总的太阳能转化效率仍然很低。另一方面,暗发酵和光营养细菌可以从低成本的底物或有机废物中制取氢气。由于既可以产生清洁能源又可以处理有机废弃物,美国和日本政府支持开展了数个长期的研究计划[6]。预计于 21
世纪中期可实现生物制氢技术的实际应用。自发现微生物产氢至今已有半个多世纪了,生物制氢却一直未能应用于实践。许多技术问题,如微生物的筛选、反应器的设计、操作条件的优化等仍有待解决,该技术的成本问题也得到关注。从经济上讲,生物制氢技术在近期还不能与传统的化学制氢技术相匹敌。但是从环境保护的角度来看,生物制氢的前景将非常广阔。其中生物制氢包括:光合成生物制氢系统(也称直接生物光解制氢系统);光分解生物制氢系统(也称间接生物光解制氢系统);光合异养菌水气转化反应制氢系统;光发酵生物制氢系统;厌氧发酵生物制氢系统(也称暗发酵生物制氢系统);光合C发酵杂交生物制氢系统;体外氢化酶生物制氢系统等氢能是洁净高热值能源,利用自然界可再生的水资源制取氢无疑是人类未来的首选方法。经过半个多世纪的研究,水电解制氢能和生物产氢技术虽然都有了很大的进展,但基本上仍处于开发阶段,尚未实用化。各种制约因素如较低的太阳能转换效率,水电解制氢能耗较大,受产物的抑制、操作条件等使现有的产氢系统的产氢速率不够高或者不够经济等许多瓶颈,还有待进一步突破。以进一步降低生产成本和扩大生产效率,为将来运用到商业运作中做准备。
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环球厨卫客服邮箱:info#coovee.net (#改为@)&
& 1998 - 2006 COOVEE Inc. All Rights Reserved导读:电解水制氢的化工原理,第四种方法就是电解水法,在电解氢氧化钠(钾)溶液时,电解氯化钠水溶液制造氢氧化钠时,二电解水制氢的化学原理,所谓电解就是借助直流电的作用,将溶解在水中的电解质分解成新物质的过程,而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,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,属于典型的弱电解质,所以需要加入前
电解水制氢的化工原理
一、氢气的工业制法
在工业上通常采用如下几种方法制取氢气;一是将水蒸气通过灼热的焦炭(碳还原法),得到纯度为75%左右的氢气;二是将水蒸气通过灼热的铁,得到纯度在97%以下的氢气;三是由水煤气中提取氢气,得到的氢气纯度也较低;第四种方法就是电解水法,制得的氢气纯度可高达99%以上,这是工业上制备氢气的一种重要方法。在电解氢氧化钠(钾)溶液时,阳极上放出氧气,阴极上放出氢气。电解氯化钠水溶液制造氢氧化钠时,也可得到氢气。
二 电解水制氢的化学原理
所谓电解就是借助直流电的作用,将溶解在水中的电解质分解成新物质的过程。而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。
氢氧化钾等电解质不会被电解,现以氢氧化钾为例说明:
(1) 氢氧化钾是强电解质,溶于水后即发生如下电离过程:
KOH ―― K+ + OH-
于是水溶液中就产生了大量的K+和OH-
(2)金属离子在水溶液中的活泼性不同,可按活泼性大小顺序排列如下:
K>Na>Mg>Al>Mn>Zn>Fe>Ni>Sn>Pb>H>Cu>Hg>Ag>Au
在上面的排列中,前面的金属比后面的活泼。
(3) 在金属活泼性顺序中,越活泼的金属越容易失去电子,否则反
之。从电化学理论上看,容易得到电子的金属离子的电极电位高,而排在活泼性大小顺序前的金属离子,由于其电极电位低而难以得到电子变成原子。氢离子的电极电位为-1.71V,而钾离子的电极电位为-2.66V,所以,在水溶液中同时存在氢离子和钾离子时,氢离子将在阴极上首先得到电子而变成氢气,而钾离子则仍留在溶液中。
(4) 水是一种弱电解质,难以电离,而当水中溶有氢氧化钾时,在
电离的钾离子周围则围绕着极性的水分子而成为水合钾离子,而且因钾离子的作用使水分子有了极性方向。在直流电作用下,钾离子带有极性方向的水合分子一同迁向阴极,这时氢离子首先得到电子而成为氢气。因此在以氢氧化钾为电解质的电解过程中,实际上是水被电解,产生氢气和氧气,而氢氧化钾只起运载电荷的作用。
1.2电解电压
在电解水时,加在电解池上的直流电压必须大于水的理论分解电压,以便能克服电解池中的各种电阻电压降和电极极化电动势。电极极化电动势是阴极氢析出时的超电位与阳极氧极析出时的超电位之和,因此,水电解电压U可表示为:U=U0+IR+氢超电位+氧超电位 式中U0――水的理论分解电压,V;
I――电解电流,A
R――电解池的总电阻,Ω
从能量消耗的角度看,应该尽可能地降低电解电压。影响电解电压的因素主要有以下三个方面:
(1)理论分解电压(在0.1MPa和25℃时,约为1.23V),它随温度的升高而降低,随压力的升高而增大,压力每升高10倍,电压约增大43mV
(2)氢、氧超电位。影响氢、氧超电位的因素很多,首先,电极材料和电极的表面状态对它的影响较大,如铁、镍的氢超电位就比铅、锌、汞等低,铁、镍的氧超电位也比铅低。与电解液接触面积越大或电极表面越粗糙,产生的氢、氧超电位就越小。其次,电解时的电流密度增大,超电位会随之增大,温度的上升也会引起超电位的增大。此外,超电位还与电解质的性质、浓度、及溶液中的杂质等因素有关,如在镍电极上,稀溶液的氧超电位大于浓溶液的氧超电位。
为了降低氢、氧超电位,可以采取一些方法。如提高工作温度及采用合适的电极材料等。此外,适当增大电极的实际表面积或使电极表面
粗糙,都可在不同程度上降低电极电阻和超电位,从而达到降低工作电压的目的。
(3)电阻电压降。电解池中的总电阻包括电解液的电阻、隔膜电阻、电极电阻和接触电阻等,其中前两者为主要因素。隔膜电阻电压降取决于材料的厚度和性质。采用一般的石棉隔膜,电流密度为2400A/m2时,隔膜电阻上的电压降约为0.25-0.30V,当电流密度再增大时,该电压降还会增大到0.5V左右。电解液的导电率越高,电解液中的电压降就越小。对电解液来说,除要求其电阻值小以外,还要求它在电解电压下不分解;不因挥发而与氢、氧一并逸出;对电解池材料无腐蚀性;当溶液的PH值变化时,应具有一定的缓冲性能。
多数的电解质在电解时易分解,不宜在电解水时采用。硫酸在阳极生成过硫酸和臭氧,腐蚀性很强,不宜采用。而强碱能满足以上要求,所以工业上一般都以KOH或NaOH水溶液作为电解液。KOH的导电性能比NaOH好,但价格较贵,在较高温度时,对电解池的腐蚀作用亦较NaOH的强。过去我国常采用NaOH作电解质,但是,鉴于目前电解槽的材料已经能抗KOH的腐蚀,所以,为节约电能,已经普遍趋向采用KOH溶液作为电解液。此外,在电解水的过程中,电解液中会含有连续析出的氢、氧气泡,使电解液的电阻增大。电解液中的气泡容积与包括气泡的电解液容积的百分比称作电解液的含气度。含气度与电解时的电流密度,电解液粘度、气泡大小、工作压力和电解池结构等因素有关。增加电解液的循环速度和工作压力都会减少含气度;增加电流密度或工作温度升高都会使含气度增加。在实际
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澳发明高效电解水制氢技术
&&来源:&&作者:万思琦
[提要]&&澳大利亚新南威尔士大学日前发布报告称,该大学研究人员发明了一种新型电极,可以低成本、高效率地电解水,有望用于大规模生产清洁燃料——氢气。
   新华网悉尼3月20日电(万思琦)澳大利亚新南威尔士大学日前发布报告称,该大学研究人员发明了一种新型电极,可以低成本、高效率地电解水,有望用于大规模生产清洁燃料——氢气。
  该技术采用了一种价格低廉、有特殊涂层的泡沫状多孔材料,能使电解水产生的氧气气泡快速逸散,从而促进更有效地制取和收集氢气。相关论文发表在近期出版的英国《自然通讯》杂志上。
  研究人员说,这种电极是迄今在碱性电解质中产氧效率最高的电极。它使用镍和铁为原料,成本低廉,容易制造,不像其他电解水技术那样需要用珍贵的稀有金属作为催化剂和电极材料。
  在电解水的过程中,水在电流作用下被分解成氢气和氧气。产氧电极的效率低、成本高、电解过程需要消耗大量电力,是电解水制氢并实现工业化生产的主要技术难关之一。
  在此次研究中,科研人员采用市面上常见的泡沫镍,用一种活性很高的镍铁催化剂对其进行电镀,制成电极。泡沫镍材料内部有许多微孔,直径约200微米(1微米等于一百万分之一米)。超薄的镍铁复合物镀层里面也有大量微孔,直径约50纳米。
  由于镀层及镍材料内部都充满微孔,新型电极的表面积非常大,有利于电解过程中生成的氧气释放和逸散。氧气气泡逸散不够快,是一个降低电极使用效果、影响制氢效率的普遍问题。此外,其镀层也有利于降低电解过程中的电力消耗。
  科研人员表示将进一步研究上述发现的原理,优化电解材料性能,以期早日实现低成本制氢。氢的燃烧产物是水,不会产生二氧化碳和其他污染物,是一种清洁高效的能源。如果能大规模低成本制取氢,将有助于满足世界日益增长的能源需求,同时减少污染,遏制全球变暖。
编辑:小微
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