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SPE电解水制氢介绍

SPE电解纯水制氢介绍1、简介

SPE电解水制氢技术，其全称为固体聚合物电解质电解水

制氢技术，SPE是XXX汉米尔顿标准部的一个注册商标，全

文为(SolidPolymerElectrolyte)，即固体聚合物电解质。SPE膜

电极的核心是电催化剂直接附于膜上形成“金属+SPE”复合膜

电极结构，以离子膜固体电解质取代液体电解质，具有产物容

易分离，能抑制副反应，气相反应物直接与电极相接触而加速

反应物的传质速度等优点，使SPE技术融反应与分离为一体，

既有很高的能量效率又能简化电池的结构，故广泛应用于氢、

甲醇燃料电池，水电解，电有机合成，二氧化碳电还原，臭氧

生产，电化学氢泵或氧泵以及传感器的制作。它是XXX于20

世纪50年代后期开始发展起来的，60年代初首次成功的应用

于双子星宇宙飞船的燃料电池上。70年代初，开始将其应用

于电解水制氢方面，目前为世界各国制氢行业所应用。

2、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。

2.1、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。

图1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。电子经由过程外

电路传递到阴极，氢离子以水合

的形式(H+•XH20)经由过程膜到阴极。

在阴极，氢离子和电子重新结合构成氢气，同时，部分水

也带到了阴极。

固体聚合物电解质膜是一种质子交换膜，其全称为全氟磺

酸质子交换膜，是一种坚韧、柔软的全氟化磺酸基聚合物薄片，

对氢离子有高的导通性。氢离子的导通是因为磺酸基可传递水

合氢离子(H+•XH20)。这些水合氢离子从一个磺酸基传递到下

一个磺酸基，从而通过聚合物薄片，磺酸基保持不变，聚合物

薄片是唯一的电解质，没有游离的酸或碱性液体，用于电解槽

中的唯一液体是去离子水，所以称之为固体电解质。

由于含有磺酸基，膜的接触面呈中强酸性，所以，膜两边

的催化物质一般为铂系金属及其氧化物。阴极侧和阳极侧的可

相同也可不同，它要求对氢气的析出过电位和对氧气的析出过

电位尽可能低，与膜的结合尽可能牢固。催化物质嵌入到膜中

的方法很多，有热压法、刷涂法、化学还原法和电化学还原法

等，是研究此项技术的关键。这些方法各有利弊，如化学还原

法所需设备简单，催化剂附着牢固、均匀，但不易控制沉积量;

刷涂法所需设备较简单，较易实现，且容易控制沉积量，但催

化剂附着不牢固，制备不好易脱落;热压法所需设备复杂，实

际操作有难度，但催化剂附着牢固，不易脱落，且容易控制沉

积量，可规模化生产。

但是不论接纳何种办法，催化物质都不是简单的与膜表面

结合，而是有部分渗透到膜的内部，并与膜外部的催化物质构

成连接，起着导通电流及催化活性的双重作用。

2.2、集电器

集电器的首要作用是使去离子水与固体聚合物电解质膜

(SPE膜)充裕接触，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长进行。同时，集电器还要具有优

秀的气液透过性和不损伤SPE膜表面形状的特征，包管去离

子水在整个活化电极区域内均匀分布。

目前，对集电器的研究首要集中在基体材料和所加的催化

组分上。集电器从布局和基体材料上首要分为网状、多孔或烧

结体等碳、钛或不锈钢等材料;从催化组分上首要为铂系金属

及其氧化物。目前，国外研究较多的首要为在多孔和烧结体等

金属基体材料上添加铂系金属或其氧化物。

集电器在使用上分为阴极集电器和阳极集电器，因为阳极

上产氧气，对金属有强烈的氧化作用，所以要考虑所用阳极材

料的抗氧化性;而阴极上产氢气，易造成金属的氢脆，所以要

考虑所用阴极材料的性质。3、SPE电解水制氢技术的优缺点

3.1、SPE电解水技术的首要优点

SPE电解水制氢与传统的碱性电解水制氢相比的首要优点

是:

1)在给定