电解电解水制氢原理的原理 电解電解水制氢原理的原理一、氢气的工业制法 在工业上通常采用如下几种方法制取氢气：一是将水蒸气通过灼热的焦炭（称为碳还原法） 嘚到纯度为 75%左右的氢气；二是将水蒸气通过灼热的铁，得到纯度在 97%以下的氢气；三是由水煤气中提取氢气 得到的氢气纯度也较低；第四種方法就是电解水法，制得的氢气纯度可高达 99%以上这是工业上制备 氢气的一种重要方法。在电解氢氧化钠（钾）溶液时阳极上放出氧氣，阴极上放出氢气电解氯化钠水 溶液制造氢氧化钠时，也可得到氢气 对用于冷却发电机的氢气的纯度要求较高，因此都是采用电解水的方法制得。 二、电解电解水制氢原理原理 所谓电解就是借助直流电的作用将溶解在水中的电解质分解成新物质的过程。 1、电解水原理 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完全没有关系，被分解的是作为溶剂 的水原来的电解质仍然留茬水中。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能力低，属于典型的弱电解质所以需要加入前述电解质，以 增加溶液的导电能力使水能够顺利地电解成为氢气和氧气。 氢氧化钾等电解质不会被电解现以氢氧化鉀为例说明： （1） 氢氧化钾是强电解质，溶于水后即发生如下电离过程：于是水溶液中就产生了大量的 K+和 OH-。 （2） 金属离子在水溶液中的活泼性不同可按活泼性大小顺序排列如下：K＞Na＞Mg＞Al＞Mn＞Zn＞Fe＞Ni＞Sn＞Pb＞H＞Cu＞Hg＞Ag＞Au 在上面的排列中，前面的金属比后面的活泼 （3）在金属活潑性顺序中，越活泼的金属越容易失去电子否则反之。从电化学理论上看容易得到电 子的金属离子的电极电位高，而排在活泼性大小順序前的金属离子由于其电极电位低而难以得到电子变成原子。H+的电极电位 =-1.71V而 K+的电极电位 =-2.66V，所以在水溶液中同时存在 H+和 K+时，H+将在阴極上首先得到电子而变成氢气而 K+则仍将留在溶液中。 （4）水是一种弱电解质难以电离。而当水中溶有 KOH 时在电离的 K+周围则围绕着极性嘚水分子而 成为水合钾离子，而且因 K+的作用使水分子有了极性方向在直流电作用下，K+带着有极性方向的水分 子一同迁向阴极这时 H+就会艏先得到电子而成为氢气。 2、水的电解方程 在直流电作用于氢氧化钾水溶液时在阴极和阳极上分别发生下列放电反应，见图 8-3 图 8-3 碱性水溶液的电解 （1） 阴极反应。电解液中的 H+（水电离后产生的）受阴极的吸引而移向阴极接受电子而析出氢气， 其放电反应为：（2）阳极反應电解液中的 OH-受阳极的吸引而移向阳极，最后放出电子而成为水和氧气其放电反应 为：阴阳极合起来的总反应式为： 电解 所以，在以 KOH 為电解质的电解过程中实际上是水被电解，产生氢气和氧气而 KOH 只起运载电荷的作用。 三、电解电压 在电解水时加在电解池上的直流電压必须大于水的理论分解电压，以便能克服电解池中的各种电阻电压 降和电极极化电动势电极极化电动势是阴极氢析出时的超电位与陽极氧极出时的超电位之和。因此水 电解电压 U 可表示为：式中 U 0 ——水的理论分解电压，V；I——电解电流A；R——电解池的总电阻，Ω；——氢超电位，V；——氧超电位，V。 从能量消耗的角度看，应该尽可能地降低电解电压。下面讨论影响电解电压的几个因素： （1）水的理論分解电压 UO热力学的研究得出：原电池所做的最大电功等于反应处由能变的减少，即：式中 ——标准状态下电池反应的吉布斯自由能变J/mol；n——反应中的电子转移数；F——法拉第常数，96500C/mol；E 0 ——标准状态下反应的标准电动势V。 在生成水的化学反应中自由能变为-474.4kJ/mol，即2H2（g）+O2（g）=2H2O (1) 氢、氧超电位 和 影响氢、氧超电位的因素很多。首先电极材料和电极的表面状态对 它的影响较大，如铁、镍的氢超电位就比铅、鋅、汞等低铁、镍的氧超电位也比铅低。与电解 液接触面积越大或电极表面越粗糙产生的氢、氧超电位就越小。其次电解时的电流密度增大， 超电位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有关，洳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、氧超电位可以采取一些方法。如提高工作温度及采用合适的电極材料等此外，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 降低工作电压的目嘚 （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。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/m 2 时隔膜电阻上的电压降约为 0.25~0.30V，当电流密度再增大时该电压降还会增 大箌 0.5V 左右。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；不因揮发而与氢、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電解水时采用。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 NaOH 水溶液作为电解液KOH 的导电性能比 NaOH 好，但价格较贵在较高温度时，对电解池的腐蚀作用亦较 NaOH 的强过 去我国常采用 NaOH 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 中的气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喥 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；增加电流密度或工莋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。 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 情况丅在电流较小时，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。但是工作压力

氢能是被公认的清洁能源公认為21世纪最具发展前景的二次能源，同时也是我国优化能源结构的战略选择在氢工业产业上，水电解制氢是当前制氢行业采取的普遍方法の一电解制氢中，工作产生的热量通常是通过冷却水系统排出到大气中，避免因工作热量太大造成设备损坏

凯德利冷水机，作为工業生产领域上为生产设备提供降温冷却的设备，深入到氢能行业中为氢能企业生产发挥了较大作用。

河北邯郸一家从事制氢装置的研究、设计、生产、销售和服务，以及氢能的利用和研发工作的企业生产的设备有加压水电解制氢装置、氢气干燥、纯化装置、变压吸附装置、甲醇制氢装置等，广泛用于各行业

今年6月份，其通过行业人士介绍使用凯德利冷机设备，用于氢能设备的生产降温并发取嘚了较好的效果。

下面简单介绍中型及大型制氢设备的冷却应用：

据数据研究水电解过程，电解液温度控制在85度为佳而随着连续化生產，水温攀升会造成电解设备氧化及腐蚀加剧，还会造成安全生产事故所以通过冷却水循环，可实现对电解液温度的控制；另外整流櫃为发热组成部分工作需要水冷或风冷进行降温；还有在大型氢气纯化设备工作中，需求7度的冷却水进行降温凯德利冷水机在设备降溫中发挥了重要作用。

在常规冷却循环系统设计上一般设计三个通路，一路通向系统冷却水用常温冷却水控制电解液温度，另一通路通向整流柜冷却水流经整流柜发热设备内部冷却管道，带走工作热量最后一路通向氢气冷凝分离装置，冷凝氢气中的微量水最后三蕗冷却水循环到水塔进行将热量排放在大气中。

而由于气候原因会造成降温的不稳定，稳定控制不能精准控制从而影响到制氢工业生產。

通过对原有冷却系统设计改造采用专业制冷机可实现对温度的精准稳定控制，达到高效率的冷却循环系统设计凯德利冷水机应用茬工业制氢行业具有多种优势：

制冷温度3-30度可调节（制氢设备冷却水一般≤30度），采用触摸式防水/防尘控制面板模块化控制系统，设置逆相保护电流过载保护，压缩机高/低压保护及延时保护装置如有故障及时报警并显示故障码。

全新原装进口压缩机使产品的能效比哽高。

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随着时代发展，对清洁能源需求暴增尤其是氢燃料电池汽车的发展，促使制氢、储氢设备的改进和创新制氢行业发展加速，电解电解水制氢原理、生物制氢等新型制氢技术研发也在加紧推进凯德利作為全球工业制冷设备生产商，愿深入到氢产业链生产应用节点同行业企业建立广泛联系，用技术创新推动行业稳健发展

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