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氫氧分離杯SPE電解水技術的主要優點

發布時間:2017-08-10 瀏覽次數:次 字號:  【關閉】
SPE電解水制氫(氧)技術,其全稱為固體聚合物電解質電解水制氫(氧)技術,它是美國通用電氣公司于20世紀 5O年代后期開始發展起來的,60年代初首次成功的應用于雙子星(G~mmi)宇宙飛船的燃料電池上。7O年代初,開始將其應用于電解水制氫(氧)方面,目前為世界各國制氫行業所關注。我司所研發生產的氫氧分離杯就是采用SPE技術制氫,氫氧分離,氫氣純度可達到99.99%。
一、原理及其主要部件
固體聚合物電解質電解水制氫技術的核心是固體聚合物電解質電解槽,它是由膜電極組件、集電器、框架和密封墊等組成的。其中,膜電極組件和集電器是電解槽的核心部件,決定著電解槽的使用性能。
1、膜電極組件
膜電極組件就是在固體聚合物電解質膜兩側嵌入活性電極(催化物質),使二者成為一個整體,水的電化學反應在膜電極中進行,膜電極起到隔膜和電極的作用。
上圖顯示了SPE電解水反應的情況。去離子水被供到膜電極組件上,在陽極側反應析出氧氣、氫離子和電子。電子通過外電路傳遞到陰極,氫離子以水合的形式(H+•XH20)通過膜到陰極。在陰極,氫離子和電子重新結合形成氫氣,同時,部分水也帶到了陰極。
2、集電器
集電器的主要作用是使去離子水與固體聚合物電解質膜(SPE膜)充分接觸,把電流均勻地引入到膜電極組件上。水的電化學反應在它們的接觸面上進行。同時,集電器還要具有良好的氣液透過性和不損傷SPE膜表面形狀 的特性,保證去離子水在整個活化電極區域內均勻分布。
二、氫氧分離杯SPE電解水制氫與傳統的堿性電解水制氫相比的主要優點
1、在給定電流密度下效率高(可達90%),因而能耗小、成本低。
2、較高的電流密度。電流密度最高可達3A/cm2,小室電壓2.0V。一般電流密度為1A/cm2,小室電壓為1.9-2.0V,比目前國內的堿性電解槽(一般電流密度為0.2A/cm2,小室電壓為1.9—2.0v)高 5倍。因而在相同產氣量下,體積小、重量輕。
3、由于電解質是鏈式聚合物、性能穩定,無腐蝕性液體存在,因而安全可靠、維修量小、使用壽命長。據報道,英皇家海軍用的SPE電解槽已累計運行了15萬小時,也有報道稱SPE電解槽的使用壽命在20年以上。
4、電解質為非透氣性隔膜 ,能承受較大的壓差,從而簡化了壓差控制,啟動和停機迅速。大家都知道,由于石棉布為透氣性隔膜,堿性電解槽有非常嚴格的壓差控制系統,以保證操作安全。而SPE電解槽由于采用固體聚合物電解質,只對氫離子有單向導通作用,從根本上避免了氫氧通過隔膜混合,安全性好、氣體純度高(氫氣純度>99.99%,氧氣純度>99.99%)。
電解質薄,縮小了電極間隔,不僅降低了電壓和減少了電阻,而且使裝置結構緊湊,通常用的膜厚度在0.05-0.25mm之間,即使添加了催化物,其厚度也小于1.0mm。
5、去離子水既是反應劑又是冷卻劑,省去了冷卻系統,減少了裝置的體積和重量。
6、由于沒有游離堿液體存在,減少了對設備的腐蝕,產氣純度高,不含堿霧,經過簡單分離后,可直接應用。
總而言之,氫氧分離杯SPE電解水制氫與傳統的堿性電解水制氫相比具有效率高、能耗低、電解質穩定、安全可靠以及裝置體積小、重量輕、壽命長等優點。
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