阳离子交换膜在水电解制氢中的应用研究

【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。 【关键词】：阳离子交换膜 水电解制氢 电流密度 浓差极化
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TQ116.2
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 导论7-17
• 1.1 制氢概述7-9
• 1.2 电解水制氢9-14
• 1.2.1 电解水制氢历史10
• 1.2.2 碱性电解槽10-12
• 1.2.3 固体聚合物电解槽12-13
• 1.2.4 固体氧化物电解槽13-14
• 1.3 提高碱性电解槽电解效率的途径14-15
• 1.4 阳离子交换膜简介15-16
• 1.5 本课题研究背景及意义16-17
• 第二章 实验部分17-26
• 2.1 实验材料17-18
• 2.1.1 药品17
• 2.1.2 实验仪器17-18
• 2.2 单小室电解槽18
• 2.3 阳离子膜性能测试实验18-22
• 2.3.1 阳离子膜电阻测试18-19
• 2.3.2 阳离子膜对各种离子的渗透性实验19-20
• 2.3.3 阳离子膜在电解过程中对电解液的渗透实验20
• 2.3.4 碱液浓度变化对阳离子膜电解性能的影响20-21
• 2.3.5 冷冻对阳离子膜性能的影响21
• 2.3.6 杂质对阳离子膜的影响21
• 2.3.7 阳离子膜长时间运行稳定性测试21-22
• 2.4 0.4m~3/h 阳离子膜电解水制氢实验样机及运行测试22-26
• 2.4.1 样机介绍22-23
• 2.4.2 电解槽23
• 2.4.3 氧/电解液循环单元23-24
• 2.4.4 氢/水循环单元24
• 2.4.5 补水单元24-25
• 2.4.6 控制及电解电源单元25
• 2.4.7 样机运行实验内容25-26
• 第三章 实验结果及讨论26-45
• 3.1 阳离子膜性能测试26-40
• 3.1.1 阳离子膜电阻测试26-27
• 3.1.2 阳离子膜对各种离子的渗透性实验27-31
• 3.1.3 阳离子膜在电解过程中对电解液的渗透实验31-35
• 3.1.4 碱液浓度变化对阳离子膜电解性能的影响35-37
• 3.1.5 冷冻对阳离子膜性能的影响37-38
• 3.1.6 杂质对阳离子膜的影响38-39
• 3.1.7 阳离子膜长时间运行稳定性测试39-40
• 3.2 0.4 m~3/h 阳离子膜电解水制氢实验样机及运行测试40-43
• 3.3 进一步讨论43-45
• 3.3.1 阳离子膜43
• 3.3.2 各类隔膜电解性能对比43
• 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43-45
• 第四章 结论45-46
• 参考文献46-49
• 发表论文和科研情况说明49-50
• 致谢50

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