提問(wèn)者： 游客 瀏覽次數(shù)：367 提問(wèn)時(shí)間：2009-04-04 03:50

電解水所用材料：
1、電解質(zhì)（稀硫酸、食鹽水……）
2、電極材料（銅、鐵、鋅、石墨）
3、電流（DC12，V9A。DC12V，35A

幾個(gè)要點(diǎn)吧
1 直流電 16V左右都行，效果比較明顯

2 兩個(gè)電極，一定要用比較穩(wěn)定的金屬，炭棒，鉛棒，不然電極直接把氧氣用來(lái)氧化反應(yīng)了，沒(méi)有氣泡

3 兩個(gè)電極里的越近反應(yīng)越明顯。

摘要:氫能源是理想的清潔能源,電解水制氫法是重要的制氫方法,研究開(kāi)發(fā)具有高析氫催化活性的電極材料就成為該法中降低能耗的重要手段.研究表明,過(guò)渡系金屬合金能夠通過(guò)協(xié)同效應(yīng)降低金屬材料的析氫過(guò)電位,Ni-Mo合金被證明是堿性溶液中析氫性能最好的二元合金.復(fù)合電沉積是材料制備的新方法,復(fù)合鍍層在力、光、電、熱、磁等方面具有優(yōu)異性能,因而具有廣泛的發(fā)展前景.作為析氫材料,復(fù)合微粒的添加可以進(jìn)一步增大材料的比表面積,同時(shí),復(fù)合微粒和基質(zhì)金屬的共同作用也有利于提高電極的析氫催化活性.目前,針對(duì)Ni-Mo基復(fù)合電極材料的研究還很少,因此,這一系金屬合金具有較大的發(fā)展空間. 
本文采用復(fù)合電沉積技術(shù)制備了Ni-Mo合金復(fù)合電極,并摸索了基質(zhì)Ni-Mo合金的制備工藝,通過(guò)穩(wěn)態(tài)極化曲線測(cè)試、EDTA絡(luò)合滴定法、研究了制備工藝條件主鹽濃度、沉積電流密度、pH值、沉積溫度、沉積時(shí)間等對(duì)鍍層組成及析氫性能的影響,采用SEM、XRD分析了鍍層的表觀形貌和鍍層結(jié)構(gòu).在此基礎(chǔ)上,以儲(chǔ)氫合金AB<,5>粉末、Ni粉、CeO<,2>粉末為復(fù)合微粒制備了復(fù)合材料,同時(shí)還制備了用稀土鹽修飾的Ni.MoRE電極,以相同的測(cè)試手段研究了復(fù)合顆粒種類(lèi)、沉積時(shí)間對(duì)鍍層表觀形貌及鍍層結(jié)構(gòu)的影響. 
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示本實(shí)驗(yàn)中,沉積電流密度為100 
mAcm<'2>,pH=8～9,T=35℃條件下得到的Ni-Mo合金鍍層析氫性能最好,鍍層中Mo含量約為40﹪,在6M 
KOH溶液中,析氫電流密度為0.1Acm<'2>時(shí),其析氫電位比純Ni電極的降低近500 
mV.鍍層SEM結(jié)果顯示為多孔結(jié)構(gòu),XRD測(cè)試結(jié)果顯示為非晶態(tài)結(jié)構(gòu),晶粒尺寸為1.3nm左右. 
在此基礎(chǔ)上得到的Ni-MoRE合金電極晶粒進(jìn)一步細(xì)化Ni-Mo復(fù)合鍍層由于復(fù)合微粒的加入,表面粗糙度顯著增加,Ni-MoRE合金電極和Ni-Mo復(fù)合電極都使電極的析氫過(guò)電位比Ni-Mo合金的進(jìn)一步降低,同時(shí),較長(zhǎng)的沉積時(shí)間,適當(dāng)?shù)膹?fù)合微粒添加量,以及適當(dāng)?shù)臄嚢鑼?duì)形成性能優(yōu)良的析氫鍍層較為有利.電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)和交流阻抗圖譜結(jié)果顯示,幾種材料的析氫機(jī)理均符合Volmer-Heyrovskey機(jī)理.
標(biāo)題:鎳鉬合金電解水制氫復(fù)合電沉積析氫催化活性電極材料

小型制氫裝置
一、電解水制氫設(shè)備工作原理
電解純水原理是把水分子H2O分解成H2和O2，在SPE固體交換膜的電解槽上，SPE固體交換膜不單支持電解反應(yīng)，同時(shí)又起到分離氣體的作用。
電解過(guò)程
1氫氣，水在負(fù)極上發(fā)生4H++4e-反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣。
2氧氣，水在正極上發(fā)生電解反應(yīng)，產(chǎn)生氧氣。
二、工藝流程簡(jiǎn)介
工業(yè)軟水輸入系統(tǒng)。電解槽中的水，在直流電的作用下被分解成H2與O2，氫氣由調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制輸出，供用戶使用。
設(shè)備技術(shù)性能：
1、 氫氣產(chǎn)量L/min，20℃，latm    2、3、4、5、6、10、15
2、 氫氣純度%                    ≥99.99
3、 輸出壓力MPa                  0.3
4、 電源電壓                      220v  50HZ
三、制氫裝置主要設(shè)計(jì)條件：
原料水（電解用水）：
要求：去離子水（或二次蒸餾水），電阻率＞105Ω?cm；氯離子含量＜2mg/l；懸浮物＜lmg/l， ：   
軟水（≤4個(gè)德國(guó)度）。
四、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1、零機(jī)距，高活性SPE催化電極對(duì)。
2、傳傳熱化學(xué)工藝性能的復(fù)極多元電解槽結(jié)構(gòu)。
3、電化學(xué)性、抗蝕性、耐鈍化性等性能優(yōu)越的復(fù)極復(fù)極多元電解槽選材。
五、功能特性
1、 電解純水（杜絕加堿）制氫，無(wú)腐蝕、無(wú)污染、氫氣純度高。
2、 單元槽槽電壓低，電解槽內(nèi)阻小不發(fā)熱，干燥劑更換周期長(zhǎng)，氫氣純度高。
3、 氫氣穩(wěn)定，穩(wěn)流輸出，并隨負(fù)載用氣量變化自動(dòng)跟蹤，自動(dòng)保護(hù)技術(shù)齊全、可靠。
4、 耗電小，電解效率高
5、 設(shè)備占地少，操作維護(hù)簡(jiǎn)單安全。
6、 小型產(chǎn)品是為各類(lèi)氣相色譜儀器供氣的理想設(shè)備，大型氫氣發(fā)生器可以廣泛用于用氣量小于1立方米/小時(shí)，使用工業(yè)氫，純氫，高純氫的場(chǎng)所。避免儲(chǔ)存鋼瓶氫的安全隱患和運(yùn)輸、搬運(yùn)鋼瓶氫的人力，費(fèi)用等。
7、 氫氣質(zhì)量穩(wěn)定，穩(wěn)流輸出，并隨負(fù)載用氣量變化自動(dòng)跟蹤，自動(dòng)保護(hù)技術(shù)齊全、可靠。
水電解制氫裝置
　電解水制氫是目前最為廣泛使用的將可再生資源轉(zhuǎn)換為氫的技術(shù). 當(dāng)兩個(gè)電極(陰
極和陽(yáng)極)分別通上直流電, 并且浸入水中時(shí), 水將會(huì)被分解并在陰極和陽(yáng)極分別產(chǎn)生
氫氣和氧氣. 這個(gè)過(guò)程就是電解水. 這樣的裝置則為電解槽.
電解水由分別發(fā)生在陰極和陽(yáng)極的兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)組成, 如式(1),(2)和(3):
Anode: H2O + electrical energy →
2
1 O2 + 2H+ + 2e- (1)
Cathode: 2H+ + 2e- → H2 (2)
Overall: H2O + electrical energy → H2 +
2
1 O2 (3)
電解水的基本原理見(jiàn)圖1. 在催化劑和直流電的作用下, 水分子在陽(yáng)極失去電子, 被分
解為氧氣和氫離子, 氫離子通過(guò)電解質(zhì)和隔膜到達(dá)陰極, 與電子結(jié)合生成氫氣.
O2 H2
Diaphragm Anode Cathode
e-
H+
圖1. 電解水的基本原理示意圖
Fig.1. Schematics of basic principle of water electrolysis
最早的電解水現(xiàn)象是在1789 年被觀測(cè)到. 之后, 電解水技術(shù)得到了較快的發(fā)展. 到
1902 年, 世界上就已經(jīng)有超過(guò)400 臺(tái)電解槽裝置. 目前市場(chǎng)上的電解槽可以分為三種: (1)
堿性電解槽(Alkaline Electrolyzer); (2) 質(zhì)子交換膜電解槽(Proton Exchange Membrane
Electrolyzer)和(3)固體氧化物電解槽(Solid Oxide Electrolyzer). 表1. 總結(jié)和對(duì)比了這三
種電解槽技術(shù)的特點(diǎn).
表1. 不同電解槽技術(shù)的對(duì)比
Table 1. Comparison between different electrolyzer technologies
Electrolyzer Type Electrolyte Operating Temperature (oC) Carriers Efficiency Cost (US$/kW)
Alkaline electrolyzer
20-30% KOH
70-100
OH-
80%
400-600
PEM electrolyzer PEM polymer
50-90 H+ 94% 2000
Solid oxide
electrolyzer
Yttria-stabilized
zirconnia
600-1000 O2- 90% 1000-1500
堿性電解槽是最早商業(yè)化的電解槽技術(shù), 雖然其效率是三種電解槽中最低的, 但
由于價(jià)格低廉, 目前仍然被廣泛使用, 尤其是在大規(guī)模制氫工業(yè)中. 堿性電解槽的缺
點(diǎn)是效率較低和使用石棉作為隔膜. 石棉具有致癌性, 很多國(guó)家已經(jīng)提出要禁止石棉
在堿性電解槽中的使用. 據(jù)報(bào)道, PPS(Poly Phenylene Sulfide), PTFE(Poly Tetra
Fluorethylene), PSF(Poly SulFone) [7]以及Zirfon [8]等聚合物在KOH溶液中具有和
石棉類(lèi)似的特性, 甚至還優(yōu)于石棉, 將有可能取代石棉而成為堿性電解槽的隔膜材料.
發(fā)展新的電極材料, 提高催化反應(yīng)效率, 是提高電解槽效率的有效途徑. 研究表明
Raney Nickel 和 Ni-Mo 等合金作為電極能有效加快水的分解, 提高電解槽的效率
[9,10].
質(zhì)子交換膜電解槽由于轉(zhuǎn)換效率很高而成為很有發(fā)展前景的制氫裝置. 由于采用
很薄的固體電解質(zhì)(PEM), 具有很好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性, 并且歐姆損失較小. 在
日本, 效率達(dá)94.4%的質(zhì)子交換膜電解槽已經(jīng)研制成功 [11]. 但由于質(zhì)子交換膜(目前
常用的是由杜邦公司的Nafion)和使用鉑電極催化劑, 價(jià)格昂貴, 制約了其廣泛使用.
今后研究的重點(diǎn)是降低成本, 和進(jìn)一步提高其轉(zhuǎn)換效率. 成本的降低主要是通過(guò)降低
貴重金屬鉑在催化層中的含量和尋找廉價(jià)的質(zhì)子交換膜材料. 目前這個(gè)兩個(gè)領(lǐng)域都已
經(jīng)取得了一定成效. 印度的電化學(xué)和能源研究所(CEER)成功將鉑的含量在沒(méi)有影響電
解槽整體性能的情況下從0.4mg/cm2降到了0.1mg/cm2 [12]. 使用噴濺沉積法(Sputter
deposition)制備催化層也同樣獲得了成功, 并且使鉑的含量降到了0.014 mg/cm2
[13,14]. 其他廉價(jià)的替代材料, 如Polyphosphazene [15]和Sulfonated Polystyrene
(SPS) [16]等也被證實(shí)具有和Nafion類(lèi)似的特性, 有可能被用到質(zhì)子交換膜電解槽中用
做電解質(zhì). 可以預(yù)見(jiàn), 隨著質(zhì)子交換膜電解槽技術(shù)的成熟和價(jià)格的降低, PEM電解槽將
成為制氫的主要裝置.
固體氧化物電解槽(Solid Oxide Electrolyzer)是另一種新興的電解槽技術(shù). 這種
電解槽的缺點(diǎn)是工作在高溫, 給材料的選擇帶來(lái)了一定限制. 優(yōu)點(diǎn)是較高的反應(yīng)溫度
使得電化學(xué)反應(yīng)中,部分電能被熱能代替, 從而效率較高, 尤其是當(dāng)余熱被汽輪機(jī), 制
冷系統(tǒng)等回收利用時(shí), 系統(tǒng)效率可達(dá)90%. 目前的研究重點(diǎn)是尋找在高溫下具有對(duì)氧離
子良好導(dǎo)電性的電解質(zhì)材料和適當(dāng)降低電解槽的工作溫度.
一、    壓力型水電解制氫裝置工作原理
水電解制氫是一種較為方便的方法。在充滿氫氧化鉀或氫氧化鈉的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，分解成氫氣和氧氣。其化學(xué)反應(yīng)式如下 ：
陰 極：2H2O+2e          H2↑ +2OH
陽(yáng) 極： 2OH—2e        H2O+1/2O2↑
總反應(yīng)式：2H2O        2 H2↑+ O2↑
根據(jù)庫(kù)侖定律，氣體產(chǎn)量與電流成正比，與其它因素?zé)o關(guān)。氫氧化鉀的作用在于增加水的電導(dǎo)，本身不參加電解反應(yīng)，理論上是不消耗的。電解液中加入五氧化二礬的作用是在于降低電解電壓。單位氣體產(chǎn)量的電耗，取決于電解電壓，電解槽的工作溫度越高，電解電壓越低，同時(shí)也增加了對(duì)電解槽材料，主要是隔膜材料的腐蝕。石棉在堿液中長(zhǎng)期使用溫度不能超過(guò)100℃，因此操作溫度選擇在80~85℃為宜。電解壓力的選擇主要根據(jù)用氫的需要。氣體純度決定于制氫機(jī)結(jié)構(gòu)和操作情況。在設(shè)備完好（主要是電解槽隔膜無(wú)損壞）操作壓力正常（主要是壓差控制正常）的條件下，純度是穩(wěn)定的。
二、工藝流程簡(jiǎn)介
工業(yè)軟水經(jīng)純水裝置制取純水，并送入原料水箱，經(jīng)補(bǔ)水泵輸入堿液系統(tǒng)，補(bǔ)充被電解消耗的水。電解槽中的水，在直流電的作用下被分解成H2與O2，并與循環(huán)電解液一起分別進(jìn)入框架中的氫、氧分離洗滌器后進(jìn)行氣液分離、洗滌、冷卻。分離后的電解液與補(bǔ)充的純水混合后，經(jīng)堿液冷卻器、堿液循環(huán)泵、過(guò)濾器送回電解槽循環(huán)，電解。調(diào)節(jié)堿液冷卻器冷卻水流量，控制回流堿液的溫度，來(lái)控制電解槽的工作溫度，使系統(tǒng)安全運(yùn)行。分離后的氫氣由調(diào)節(jié)閥控制輸出，送入氫氣儲(chǔ)罐，再經(jīng)緩沖減壓后，供用戶使用
制氫裝置的工藝流程設(shè)計(jì)合理，控制手段先進(jìn)，配套功能齊全合理，具有以下良好的性能：
三、設(shè)備特點(diǎn)；
1設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,占地面積少。
2電極板采用日本超深沖壓冷軋板材料,電鍍均勻,電解效率高,能耗低。
3槽體結(jié)構(gòu)新穎，安全可靠（已獲國(guó)家專(zhuān)利）。裝拆方便，絕無(wú)滲漏。
4隔膜墊片采用石棉隔膜與改性密封材料一體成形，不僅冷流性小，且密封性能好，因而能長(zhǎng)期抗腐蝕和抗老化。
5鎳絲網(wǎng)采用獨(dú)特的噴涂工藝并經(jīng)活化處理，大大降低了電解能耗。
6整套設(shè)備配備了完善的檢測(cè)手段，配備了氫氣、氧氣純度分析儀，實(shí)現(xiàn)在線分析、報(bào)警，并可配備氫氣泄漏報(bào)警儀，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、聯(lián)鎖功能，以確保系統(tǒng)的安全、可靠。
7附屬設(shè)備全部為不銹鋼材料，并經(jīng)拋光處理，不僅經(jīng)久耐用，而且美觀漂亮.
8整套設(shè)置實(shí)現(xiàn)PLC控制，操作方便、簡(jiǎn)單、安全。
9電解槽大修周期保證為十年。
  四、主要部件：
水電解槽
附屬設(shè)備框架
堿液循環(huán)泵
控制柜
可控硅整流柜
變壓器
原料水箱
堿液箱
氫中氧分析儀
氧中氫分析儀
　電解水制氫是目前最為廣泛使用的將可再生資源轉(zhuǎn)換為氫的技術(shù). 當(dāng)兩個(gè)電極(陰
極和陽(yáng)極)分別通上直流電, 并且浸入水中時(shí), 水將會(huì)被分解并在陰極和陽(yáng)極分別產(chǎn)生
氫氣和氧氣. 這個(gè)過(guò)程就是電解水. 這樣的裝置則為電解槽.
電解水由分別發(fā)生在陰極和陽(yáng)極的兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)組成, 如式(1),(2)和(3):
Anode: H2O + electrical energy →
2
1 O2 + 2H+ + 2e- (1)
Cathode: 2H+ + 2e- → H2 (2)
Overall: H2O + electrical energy → H2 +
2
1 O2 (3)
電解水的基本原理見(jiàn)圖1. 在催化劑和直流電的作用下, 水分子在陽(yáng)極失去電子, 被分
解為氧氣和氫離子, 氫離子通過(guò)電解質(zhì)和隔膜到達(dá)陰極, 與電子結(jié)合生成氫氣.
O2 H2
Diaphragm Anode Cathode
e-
H+
圖1. 電解水的基本原理示意圖
Fig.1. Schematics of basic principle of water electrolysis
最早的電解水現(xiàn)象是在1789 年被觀測(cè)到. 之后, 電解水技術(shù)得到了較快的發(fā)展. 到
1902 年, 世界上就已經(jīng)有超過(guò)400 臺(tái)電解槽裝置. 目前市場(chǎng)上的電解槽可以分為三種: (1)
堿性電解槽(Alkaline Electrolyzer); (2) 質(zhì)子交換膜電解槽(Proton Exchange Membrane
Electrolyzer)和(3)固體氧化物電解槽(Solid Oxide Electrolyzer). 表1. 總結(jié)和對(duì)比了這三
種電解槽技術(shù)的特點(diǎn).
表1. 不同電解槽技術(shù)的對(duì)比
Table 1. Comparison between different electrolyzer technologies
Electrolyzer Type Electrolyte Operating Temperature (oC) Carriers Efficiency Cost (US$/kW)
Alkaline electrolyzer
20-30% KOH
70-100
OH-
80%
400-600
PEM electrolyzer PEM polymer
50-90 H+ 94% 2000
Solid oxide
electrolyzer
Yttria-stabilized
zirconnia
600-1000 O2- 90% 1000-1500
堿性電解槽是最早商業(yè)化的電解槽技術(shù), 雖然其效率是三種電解槽中最低的, 但
由于價(jià)格低廉, 目前仍然被廣泛使用, 尤其是在大規(guī)模制氫工業(yè)中. 堿性電解槽的缺
點(diǎn)是效率較低和使用石棉作為隔膜. 石棉具有致癌性, 很多國(guó)家已經(jīng)提出要禁止石棉
在堿性電解槽中的使用. 據(jù)報(bào)道, PPS(Poly Phenylene Sulfide), PTFE(Poly Tetra
Fluorethylene), PSF(Poly SulFone) [7]以及Zirfon [8]等聚合物在KOH溶液中具有和
石棉類(lèi)似的特性, 甚至還優(yōu)于石棉, 將有可能取代石棉而成為堿性電解槽的隔膜材料.
發(fā)展新的電極材料, 提高催化反應(yīng)效率, 是提高電解槽效率的有效途徑. 研究表明
Raney Nickel 和 Ni-Mo 等合金作為電極能有效加快水的分解, 提高電解槽的效率
[9,10].
質(zhì)子交換膜電解槽由于轉(zhuǎn)換效率很高而成為很有發(fā)展前景的制氫裝置. 由于采用
很薄的固體電解質(zhì)(PEM), 具有很好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性, 并且歐姆損失較小. 在
日本, 效率達(dá)94.4%的質(zhì)子交換膜電解槽已經(jīng)研制成功 [11]. 但由于質(zhì)子交換膜(目前
常用的是由杜邦公司的Nafion)和使用鉑電極催化劑, 價(jià)格昂貴, 制約了其廣泛使用.
今后研究的重點(diǎn)是降低成本, 和進(jìn)一步提高其轉(zhuǎn)換效率. 成本的降低主要是通過(guò)降低
貴重金屬鉑在催化層中的含量和尋找廉價(jià)的質(zhì)子交換膜材料. 目前這個(gè)兩個(gè)領(lǐng)域都已
經(jīng)取得了一定成效. 印度的電化學(xué)和能源研究所(CEER)成功將鉑的含量在沒(méi)有影響電
解槽整體性能的情況下從0.4mg/cm2降到了0.1mg/cm2 [12]. 使用噴濺沉積法(Sputter
deposition)制備催化層也同樣獲得了成功, 并且使鉑的含量降到了0.014 mg/cm2
[13,14]. 其他廉價(jià)的替代材料, 如Polyphosphazene [15]和Sulfonated Polystyrene
(SPS) [16]等也被證實(shí)具有和Nafion類(lèi)似的特性, 有可能被用到質(zhì)子交換膜電解槽中用
做電解質(zhì). 可以預(yù)見(jiàn), 隨著質(zhì)子交換膜電解槽技術(shù)的成熟和價(jià)格的降低, PEM電解槽將
成為制氫的主要裝置.
固體氧化物電解槽(Solid Oxide Electrolyzer)是另一種新興的電解槽技術(shù). 這種
電解槽的缺點(diǎn)是工作在高溫, 給材料的選擇帶來(lái)了一定限制. 優(yōu)點(diǎn)是較高的反應(yīng)溫度
使得電化學(xué)反應(yīng)中,部分電能被熱能代替, 從而效率較高, 尤其是當(dāng)余熱被汽輪機(jī), 制
冷系統(tǒng)等回收利用時(shí), 系統(tǒng)效率可達(dá)90%. 目前的研究重點(diǎn)是尋找在高溫下具有對(duì)氧離
子良好導(dǎo)電性的電解質(zhì)材料和適當(dāng)降低電解槽的工作溫度.