水电解制氢

• 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。
• 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
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。
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。
• 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 固体氧化物水电
解
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。
• 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
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Βιβλιοθήκη Baidu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。
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。
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。