电解水制氢的影响因素研究
发布时间：2023-05-04 04:50
电解水制氢技术日渐成熟,制氢装置应用广泛,因此设计合理的电解池是提高电解效率的研究热点之一。固体聚合物电解池具有装置精巧、高效、氢气纯度高以及系统安全系数高等优点,本文以固体聚合物电解池作为研究重点,以高效的小型制氢设备为目标,对设计制作的微流道膜式固体聚合物电解池开展了实验研究。对电解水制氢的热力学、电力学原理和电解反应进行了分析,对碱性电解池、固体氧化物电解池、固体聚合物电解池的工作过程进行了分析,以固体聚合物电解池为主,分析了膜电极性能、扩散层材料、接触电极板、电解温度以及电解质种类对制氢的影响。采用KEYENCE形状测量激光显微系统,在微米级别下,对干燥和湿润状态的质子交换膜、碳纸、西格里扩散层的形态进行观测分析。以催化剂直接涂膜技术(CCM)制备膜电极,并观测膜表面催化剂涂覆状态。设计搭建微流道膜式固体聚合物电解池实验系统。实验装置的有效电解面积为7cm×7cm,膜电极采用Nafion117质子交换膜作为催化剂的载体,阴极催化剂使用贵金属铂黑,膜上担载量为0.3mg/cm2,阳极催化剂使用按比例混合的氧化铱与铂黑,膜上担载量为2.5mg/cm2,阴阳两极的扩散层使用疏水型碳纸...
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
1.1 研究背景
1.2 制氢技术研究现状
1.2.1 矿物燃料制氢
1.2.2 光分解制氢法
1.2.3 电解水制氢法
1.3 应用前景
1.4 研究目的和研究内容
1.4.1 研究目的
1.4.2 研究内容
1.5 本章小结
第2章 电解水制氢基本理论
2.1 制氢原理
2.1.1 热力学原理
2.1.2 电力学原理
2.2 电解池类型
2.2.1 碱性电解池
2.2.2 固体氧化物电解池
2.2.3 固体聚合物电解池
2.3 SPE电解水制氢理论
2.3.1 质子交换膜
2.3.2 催化剂
2.3.3 扩散层
2.3.4 膜电极制备
2.4 影响SPE电解水制氢的因素
2.4.1 膜电极
2.4.2 扩散层材料
2.4.3 接触电极板
2.4.4 电解液温度
2.4.5 电解液浓度
2.5 本章小结
第3章 实验方案
3.1 实验系统
3.2 实验装置
3.3 实验材料与设备
3.3.1 实验材料
3.3.2 实验仪器
3.4 膜电极预处理
3.4.1 质子交换膜处理
3.4.2 阳极催化层制备
3.4.3 阴极催化层制备
3.4.4 扩散层处理
3.5 实验内容及步骤
3.5.1 膜电极实验步骤
3.5.2 接触电极板实验步骤
3.5.3 扩散层实验步骤
3.5.4 水流速度实验步骤
3.5.5 电解质实验步骤
3.6 本章小结
第4章 研究结果与讨论
4.1 膜电极的形态与性能研究
4.1.1 未经过处理的膜形态分析
4.1.2 水浴处理后的膜形态分析
4.1.3 涂刷催化剂的膜形态分析
4.1.4 碳纸和西格里的形态分析
4.1.5 酸碱液对膜电极性能的影响
4.1.6 电解时长膜电极影响分析
4.2 接触电极板选用的对比分析
4.2.1 不同温度下钛板与石墨板的制氢量对比
4.2.2 不同温度下钛板与石墨板的能效比对比
4.2.3 不同温度下流道槽深的制氢量对比
4.2.4 不同温度下流道槽深的能效比对比
4.3 扩散层的选用及对比分析
4.3.1 不同温度下碳纸与西格里的制氢量对比
4.3.2 不同温度下碳纸与西格里的能效比对比
4.4 水流速度的对比
4.5 不同电解质的对比分析
4.5.1 自来水与湖水的对比分析
4.5.2 酸性电解质溶度的影响分析
4.5.3 不同温度下酸液的影响分析
4.6 本章小结
第5章 结论
5.1 结论
5.2 不足与展望
参考文献
研究生期间学术成果
致谢
本文编号：3807985
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
1.1 研究背景
1.2 制氢技术研究现状
1.2.1 矿物燃料制氢
1.2.2 光分解制氢法
1.2.3 电解水制氢法
1.3 应用前景
1.4 研究目的和研究内容
1.4.1 研究目的
1.4.2 研究内容
1.5 本章小结
第2章 电解水制氢基本理论
2.1 制氢原理
2.1.1 热力学原理
2.1.2 电力学原理
2.2 电解池类型
2.2.1 碱性电解池
2.2.2 固体氧化物电解池
2.2.3 固体聚合物电解池
2.3 SPE电解水制氢理论
2.3.1 质子交换膜
2.3.2 催化剂
2.3.3 扩散层
2.3.4 膜电极制备
2.4 影响SPE电解水制氢的因素
2.4.1 膜电极
2.4.2 扩散层材料
2.4.3 接触电极板
2.4.4 电解液温度
2.4.5 电解液浓度
2.5 本章小结
第3章 实验方案
3.1 实验系统
3.2 实验装置
3.3 实验材料与设备
3.3.1 实验材料
3.3.2 实验仪器
3.4 膜电极预处理
3.4.1 质子交换膜处理
3.4.2 阳极催化层制备
3.4.3 阴极催化层制备
3.4.4 扩散层处理
3.5 实验内容及步骤
3.5.1 膜电极实验步骤
3.5.2 接触电极板实验步骤
3.5.3 扩散层实验步骤
3.5.4 水流速度实验步骤
3.5.5 电解质实验步骤
3.6 本章小结
第4章 研究结果与讨论
4.1 膜电极的形态与性能研究
4.1.1 未经过处理的膜形态分析
4.1.2 水浴处理后的膜形态分析
4.1.3 涂刷催化剂的膜形态分析
4.1.4 碳纸和西格里的形态分析
4.1.5 酸碱液对膜电极性能的影响
4.1.6 电解时长膜电极影响分析
4.2 接触电极板选用的对比分析
4.2.1 不同温度下钛板与石墨板的制氢量对比
4.2.2 不同温度下钛板与石墨板的能效比对比
4.2.3 不同温度下流道槽深的制氢量对比
4.2.4 不同温度下流道槽深的能效比对比
4.3 扩散层的选用及对比分析
4.3.1 不同温度下碳纸与西格里的制氢量对比
4.3.2 不同温度下碳纸与西格里的能效比对比
4.4 水流速度的对比
4.5 不同电解质的对比分析
4.5.1 自来水与湖水的对比分析
4.5.2 酸性电解质溶度的影响分析
4.5.3 不同温度下酸液的影响分析
4.6 本章小结
第5章 结论
5.1 结论
5.2 不足与展望
参考文献
研究生期间学术成果
致谢
本文编号：3807985
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