阳离子交换膜在水电解制氢中的应用研究

论文摘要

本文研究了阳离子交换膜在碱性条件下电解制氢中的应用。测试了水电解中阳离子交换膜的性能以及实验因素对性能的影响。组装了一台0.4m3/h阳离子交换膜电解水制氢样机,对其进行了360小时的运行测试。探讨了阳离子交换膜在水电解制氢系统中的应用前景。研究结果表明,实验用阳离子交换膜的电阻相对于其他电解水装置使用的石棉和聚苯硫醚隔膜电阻低;阳离子交换膜的导电能力主要通过金属离子沿阳离子膜分子构架空腔移动实现;在浓差扩散作用下,OH-离子和水分子可渗透至膜材料的另一侧;样机在4600A/m2电流密度下运行360小时的结果表明该样机各主要工艺参数稳定性良好。与目前国内普遍使用的传统水电解制氢装置相比,新的阳离子交换膜水电解制氢装置在电流密度、电解温度等主要技术性能上具有明显的技术优势。当该膜制作工艺完成优化并实现工业化生产后,该水电解制氢设备可具有大规模的工业化应用的前景。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 导论
• 1.1 制氢概述
• 1.2 电解水制氢
• 1.2.1 电解水制氢历史
• 1.2.2 碱性电解槽
• 1.2.3 固体聚合物电解槽
• 1.2.4 固体氧化物电解槽
• 1.3 提高碱性电解槽电解效率的途径
• 1.4 阳离子交换膜简介
• 1.5 本课题研究背景及意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 单小室电解槽
• 2.3 阳离子膜性能测试实验
• 2.3.1 阳离子膜电阻测试
• 2.3.2 阳离子膜对各种离子的渗透性实验
• 2.3.3 阳离子膜在电解过程中对电解液的渗透实验
• 2.3.4 碱液浓度变化对阳离子膜电解性能的影响
• 2.3.5 冷冻对阳离子膜性能的影响
• 2.3.6 杂质对阳离子膜的影响
• 2.3.7 阳离子膜长时间运行稳定性测试
• 3/h 阳离子膜电解水制氢实验样机及运行测试'>2.4 0.4m³/h 阳离子膜电解水制氢实验样机及运行测试
• 2.4.1 样机介绍
• 2.4.2 电解槽
• 2.4.3 氧/电解液循环单元
• 2.4.4 氢/水循环单元
• 2.4.5 补水单元
• 2.4.6 控制及电解电源单元
• 2.4.7 样机运行实验内容
• 第三章 实验结果及讨论
• 3.1 阳离子膜性能测试
• 3.1.1 阳离子膜电阻测试
• 3.1.2 阳离子膜对各种离子的渗透性实验
• 3.1.3 阳离子膜在电解过程中对电解液的渗透实验
• 3.1.4 碱液浓度变化对阳离子膜电解性能的影响
• 3.1.5 冷冻对阳离子膜性能的影响
• 3.1.6 杂质对阳离子膜的影响
• 3.1.7 阳离子膜长时间运行稳定性测试
• 3/h 阳离子膜电解水制氢实验样机及运行测试'>3.2 0.4 m³/h 阳离子膜电解水制氢实验样机及运行测试
• 3.3 进一步讨论
• 3.3.1 阳离子膜
• 3.3.2 各类隔膜电解性能对比
• 3.3.3 试验样机主要技术参数与传统水电解制氢装置对比
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢