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电解水制取氢气的基础理论doc
发布时间:2024-03-30 16:47:45   作者: 半岛综合

  在一些电解质水溶液中通入直流电时,分解出的物质与原来的电解质绝对没关系,被分解的是作为溶剂的水,原来的电解质仍然留在水 中。例如硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等均属于这类电解质。在电解水时,由于纯水的电离度很小,导电会随之增大,温度的上升也会引起超电位的增大。此外,超电位还与电解质的性质、浓度及溶液中的杂质等因素相关,如在镍电极上,稀溶液的氧超电位大于浓溶液的氧超电位。

  为了降低氢、氧超电位,能采用一些方法。如提升工作温度及采用合适的电极材料等。此外,适当增大电极的实际表面积或使电极表面粗

  糙,都可在不同程度上降低电极电阻和超电位,从而达到降低工作电压的目的。

  (3)电阻电压降。电解池中的总电阻包括电解液的电阻、隔膜电阻、电极电阻和接触电阻等,其中前两者为主要因素。

  1)隔膜电阻电压降取决于材料的厚度和性质。采用一般的石棉隔膜,电流密度为2400A/m2时,~,当电流密度再增大时,。

  2)电解液的导电率越高,电解液中的电压降就越小。对电解液来说,除要求其电阻值小以外,还要求它在电解电压下不分解;不因挥发而与氢、氧一并逸出;对电解池材料无腐蚀性;当溶液的pH值变化时,应具有一定的缓冲性能。多数的电解质在电解时易分解,不宜在电解水时采用。硫酸在阳极生成过硫酸和臭氧,腐蚀性很强,不宜采用。而强碱能满足以上要求,所以工业上一般都以KOH或Na OH水溶液作为电解液。KOH的导电性能比Na OH好,但价格较贵,在较高温度时,对电解池的腐蚀作用亦较Na OH的强。过去我国常采用Na OH作电解质,但是,鉴于目前电解槽的材料已经能抗KOH的腐蚀,所以,为节约电能,已经普遍趋向采用KOH溶液作为电解液。

  3)此外,在电解水的过程中,电解液中会含有连续析出的氢、氧气泡,使电解液的电阻增大。电解液中的马泡容积与包括气泡的电解液容积的百分比称作电解液的含气度。含气度与电解时的电流密度,电解液粘度、气泡大小、工作压力和电解池结构等因素有关。

  增加电解液的循环速度和工作压力都会减少含气度;增加电流密度或工作时候的温度升高都会使含气度增加。在实际情况下,电解液中的气泡是不可避免的,所以电解液的电阻会比无气泡时大得多。当含气度达到35%时,电解液的电阻是无气泡时的2倍。

  4)降低工作电压有利于减少电能消耗,为此应采取有效措施来降低氢、氧超电位和电阻电压降。一般情况下,在电流较小时,前者是主要因素;而在电流较大时,后者将成为主要因素。

  电解槽在高工作所承受的压力下运行时,电解液含气度降低,从而使电解液电阻减小,为此已经研制出可在3MPa压力下工作的电解槽。但是工作所承受的压力也不宜过高,否则会增大氢气和氧气在电解液中的溶解度,使它们通过隔膜重新生成水,从而降低电流效率。提高工作时候的温度同样可以使电解液电阻降低,但随之电解液对电解槽的腐蚀也会加剧。如温度大于90℃时,电解液就会对石棉隔膜造成严重损害,在石棉隔膜上形成可溶性硅酸盐。为此,已经研制出了多种抗高温腐蚀的隔膜材料,如镍的粉末冶金薄片和钛酸钾纤维与聚四***乙烯粘结成的隔膜材料,它们能在150℃的碱液中使用。为降低电解液的电阻,还能采用降低电解池的电流密度,加快电解液的循环速度,适