工作原理
陽極電化學反應:原料水在陽極界面失去電子被氧化生成氧氣(O2)和質子(H+) H2O →2H++2e-+1/2O2↑
陰極電化學反應:在陽極上產生的質子(H+)和H2O一起遷移到陰極界面從外電路得到電子(e)生成氫氣(H2) 2H++2e-→H2↑
總反應式: H2O→H2+1/2O2
PEM水電解原理示意圖
技術優(yōu)點
對比常規(guī)堿性水電解裝置技術,新型PEM水電解裝置技術在確保供氧充足的前提下,有如下的突出優(yōu)點:
3.1 工作效率高 制取氧氣純度高,能耗低,能量轉換效率高。
3.2 安全性 原料水為去離子水(純水),不產生造成二次污染會
3.3 設備簡單 操作簡單,維修方便。
3.4 電化學性能穩(wěn)定,運行壽命長,PEM膜不易損壞
與傳統(tǒng)堿性水電解技術的綜合比較
比較項目 |
傳統(tǒng)堿性水電解器 |
新型PEM水電解器 |
電解質 |
KOH/NaOH |
PEM |
隔膜 |
改性石棉隔膜 |
PEM(兼作隔膜) |
原料水 |
堿性水 |
去離子水(純水) |
離子遷移 |
OH— |
水溶劑化H+ |
工作電流密度(A/m2) |
2000~3000 |
10000~20000 |
單位產氣量時 |
1 |
1/3 |
能量轉換效率(%) |
67~75 |
87~90 |
單槽(小室)工作電壓(V) |
2.2~2.5 |
1.65~2.0 |
氧氣純度(%) |
98.8~99.2 |
99.5~99.9 |
商業(yè)化年代 |
1920 |
1980 |
應用領域
4.1 海軍潛艇及載人航天生命保障系統(tǒng)供氧;
4.2 高原空氣稀薄地區(qū)(氧氣含量<16%)人員的輔助及應急供氧,尤其是高原部隊邊防站、所執(zhí)勤人員供氧;
4.3 無氧環(huán)境下的工作人員供氧;
4.4 醫(yī)療系統(tǒng)需氧人員供氧;
4.5 特種金屬材料切割與焊接加工;
4.6 石油化工、醫(yī)藥化工、半導體生產加工等領域。
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