电解水制氢之欧阳科创编

1、欧阳科创编2021.02.05水电解制氢时间：2021.02.05创作：欧阳科水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满 电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化 学反应，分解成氢气和氧气。中文名水电解制氢运用试剂碱性电解液或纯水定律法拉第定律1其化学反应式如下: 、碱性条件:阴极：4H2O+4e =2H21 +4OH-阳极:4OH -4e =2H2O+O2t总反应式：2HQ二2巴t + O2t 、酸性条件：阳极：2H2O-4e =O2t +4H+阴极:4H+4e=2H21反应遵循法拉第定律，气体产量与电流和通电时间成正 比。2固体聚合物电解质，SPE电解水，最初用于向宇宙飞船

2、 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(0.020.45Mpa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。3在

3、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电解水水(H2O)被直流电电解生成氢气和氧气的过程被称为电 解水。电流通过水(H2O)时，在阴极通过还原水形成氢气 (H2),在阳极则通过氧化水形成氧气(02)。氢气生成量大约 是氧气的两倍。电解水是取代蒸汽重整制氢的下一代制备 氢燃料方法。中文名电解水外文名electrolysis of water含义水（H20）被电解生成氢气和氧气方程式2H2O（通电）2H2f+O2f、历史最早于1789年，杨鲁道夫-德曼和阿德里安-派斯-范- 特鲁斯维克通过静电装置发电利用金电极把莱顿瓶

4、中的水 电解成气体。1800年，亚历山德罗伏特发明了伏打电 池，并于数周后，被威廉-尼克森和安东尼卡莱尔用于电 解水。1869年格拉姆发明直流发电机后，电解水逐渐引人 关注，并成为一种廉价制氢的方法。装置，原理及反应方程式编辑最简单的电解水装置通常包括电源，两个电极（阴极和阳 极）和电解液（主要是水）。水在阴极得到电子被还原形成氢 气，而水在阳极失去电子被氧化形成氧气。欧阳科创编2021.02.05欧阳科创编2021.02.05%>2H2O 2旳* 6电解水示意图jft反网式IE& 2H/O0) = IHXg) * 6Cg)中件碣*中，BifitCcathodeJicXi 4Mr

5、Ol)今 4e = 2HiCg) 4O« CaqBltthtftrfi 4H?a(l* 4« r 7Hr(9) +OH foq) 用曙反<OH Caq) = Or(g * 2HzO(l) - 4c 性J?)中'刊fit反皮丄2HIaq) Sb = H心电解反应式SlfiEe&jCi 2M2O(I= O2(g) * 4( 4e-在100%法拉第效率(又称”电流效率“)的情况下，即电 能100%转化成化学能，氢气产生量为氧气产生量的两倍， 且产生的气体量与通过的电量成正比。但是，实际情况 下，由于许多副反应的参与，法拉第效率会降低并产生一 定量的副产物。热

6、力学及动力学编辑在标准大气压和温度下，阳极上析氧反应的电极电势为 1.23 V,阴极上析氢反应的电极电势为0.00 V,因此在一个 大气压和25 oC下，电解水所需要的理论最小电压为1.23 V。111基于能斯特方程，电解水的理论电压不受电解液的酸 碱度(pH)影响。虽然理论上热力学决定的电解水最小电压为 欧阳科创编2021.02.05欧阳科创编2021.02.051.23 V,但是由于阴极和阳极反应都牵涉到多步电子转移的 过程，而每个电子转移过程都会引入反应动力学能垒（活化 能）。这些活化能的叠加会导致实际电解水的电压远大于 1.23 V,而这部分多施加的电压被称为过电势。除了活化能 之外，

7、离子转移率，电导性，表面气泡的通畅性以及反应 購都会导致更大的过电势。催化剂 编辑催化剂通常能使电解水的活化能大大降低，从而降低电解水的过电势。催化剂的优劣决定了电解水所需要的总电 压以及电能转换为氢能的转化效率。比如，两根石墨电极 组成的电解池通常需要大于2 V的电压才能产生氢气和氧 气，因为石墨不是理想的催化剂，而两片不锈钢电极组成 的电解池需要大约1.6-1.8V的电压就能产生氢气和氧气。研究新型的催化剂来增加能量转换效率是能源领域十分受 关注的焦点。在酸性环境中，钳是析氢反应的催化剂，几乎没有任何 过电势以及非常小的塔菲尔斜率（电流增加10倍所需要的额外电压），是几乎理想化的催化剂，但

8、是由于钳贵金属资源 稀缺，科学家正在寻找一些廉价催化剂（过渡金属硫化物, 碳化物以及磷化物）。氧化錶是析氧反应的催化剂，但是同 样依赖于稀缺资源，同时由于高电位以及酸性环境，极少物质能能同时展现析氧反应催化活性和稳定性，所以目前 为止还没有找到氧化铁的替代品。在碱性环境中，钳和氧化錶依然是很好的催化剂，但是 由于氧化物和氢氧化物在碱性环境的稳定性，能有更多低 原子数过渡金属化物的选择。比如，镇基合金展现出了优 良的析氢反应的催化活性和稳定性，镇铁基复合材料和一 些钙钛矿材料展现出了优良的析氧反应的催化活性。121 工业应用及前景编辑碱性电解水制氢- 030, 么JH,OA Water ipkt

9、inq Syyttm基于其高能量密度及零排放（不排放任何温室效应气 体），氢气已被列为潜在的清洁能源燃料，同时氢燃料可以 通过氢燃料电池的方式驱动各类电子设备及电驱动车。随 着氢燃料的飞速发展，电解制氢也逐渐步入工业化取代传 统的蒸汽重整制氢的方法来消除对天然气的依赖性同时又 减少成本增加氢燃料纯度。碱性电解水制氢现有的工业化电解制氢方法主要有两种:碱性电解水制 氢，聚合物电解质电解水制氢。前者通常使用较廉价的电 极材料，但工作电流较低，镇钻铁复合材料作为阳极，镇 基材料作为阴极，高浓度的氢氧化钠或氢氧化钾溶液作为 电解液，工作温度为60-80度,工作电流为0.2-0.4 A/cm2,氢气产生量为760 N m3/ho后者由于酸性环境通 常使用贵金属作为催化剂，但工作电流较高，氧化錶作为 阳极，钳作为阴极，工作温度为50-80度,工作电流为 0.6-2.0 A/cm2,氢气产生量大约为30 N m3/ho电解水工