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氢氧分离杯SPE电解水技术的主要优点
发布时间:2017-02-08 09:24 来源:弘皓电子科技 阅读:

SPE电解水制氢(氧)技术,其全称为固体聚合物电解质电解水制氢(氧)技术,它是美国通用电气公司于20世纪 5O年代后期开始发展起来的,60年代初首次成功的应用于双子星(G~mmi)宇宙飞船的燃料电池上。7O年代初,开始将其应用于电解水制氢(氧)方面,目前为世界各国制氢行业所关注。我司所研发生产的氢氧分离杯就是采用SPE技术制氢,氢氧分离,氢气纯度可达到99.99%。
一、原理及其主要部件
固体聚合物电解质电解水制氢技术的核心是固体聚合物电解质电解槽,它是由膜电极组件、集电器、框架和密封垫等组成的。其中,膜电极组件和集电器是电解槽的核心部件,决定着电解槽的使用性能。
1、膜电极组件
膜电极组件就是在固体聚合物电解质膜两侧嵌入活性电极(催化物质),使二者成为一个整体,水的电化学反应在膜电极中进行,膜电极起到隔膜和电极的作用。

上图显示了SPE电解水反应的情况。去离子水被供到膜电极组件上,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(H+•XH20)通过膜到阴极。在阴极,氢离子和电子重新结合形成氢气,同时,部分水也带到了阴极。
2、集电器
集电器的主要作用是使去离子水与固体聚合物电解质膜(SPE膜)充分接触,把电流均匀地引入到膜电极组件上。水的电化学反应在它们的接触面上进行。同时,集电器还要具有良好的气液透过性和不损伤SPE膜表面形状 的特性,保证去离子水在整个活化电极区域内均匀分布。
二、氢氧分离杯SPE电解水制氢与传统的碱性电解水制氢相比的主要优点
1、在给定电流密度下效率高(可达90%),因而能耗小、成本低。
2、较高的电流密度。电流密度最高可达3A/cm2,小室电压2.0V。一般电流密度为1A/cm2,小室电压为1.9-2.0V,比目前国内的碱性电解槽(一般电流密度为0.2A/cm2,小室电压为1.9—2.0v)高 5倍。因而在相同产气量下,体积小、重量轻。
3、由于电解质是链式聚合物、性能稳定,无腐蚀性液体存在,因而安全可靠、维修量小、使用寿命长。据报道,英皇家海军用的SPE电解槽已累计运行了15万小时,也有报道称SPE电解槽的使用寿命在20年以上。
4、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。大家都知道,由于石棉布为透气性隔膜,碱性电解槽有非常严格的压差控制系统,以保证操作安全。而SPE电解槽由于采用固体聚合物电解质,只对氢离子有单向导通作用,从根本上避免了氢氧通过隔膜混合,安全性好、气体纯度高(氢气纯度>99.99%,氧气纯度>99.99%)。
电解质薄,缩小了电极间隔,不仅降低了电压和减少了电阻,而且使装置结构紧凑,通常用的膜厚度在0.05-0.25mm之间,即使添加了催化物,其厚度也小于1.0mm。
5、去离子水既是反应剂又是冷却剂,省去了冷却系统,减少了装置的体积和重量。
6、由于没有游离碱液体存在,减少了对设备的腐蚀,产气纯度高,不含碱雾,经过简单分离后,可直接应用。
总而言之,氢氧分离杯SPE电解水制氢与传统的碱性电解水制氢相比具有效率高、能耗低、电解质稳定、安全可靠以及装置体积小、重量轻、寿命长等优点。

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