工作原理
阳极电化学反应:原料水在阳极界面失去电子被氧化生成氧气(O2)和质子(H+) H2O →2H++2e-+1/2O2↑
阴极电化学反应:在阳极上产生的质子(H+)和H2O一起迁移到阴极界面从外电路得到电子(e)生成氢气(H2) 2H++2e-→H2↑
总反应式: H2O→H2+1/2O2
PEM水电解原理示意图
技术优点
对比常规碱性水电解装置技术,新型PEM水电解装置技术在确保供氧充足的前提下,有如下的突出优点:
3.1 工作效率高 制取氧气纯度高,能耗低,能量转换效率高。
3.2 安全性 原料水为去离子水(纯水),不产生造成二次污染会
3.3 设备简单 操作简单,维修方便。
3.4 电化学性能稳定,运行寿命长,PEM膜不易损坏
与传统碱性水电解技术的综合比较
比较项目 |
传统碱性水电解器 |
新型PEM水电解器 |
电解质 |
KOH/NaOH |
PEM |
隔膜 |
改性石棉隔膜 |
PEM(兼作隔膜) |
原料水 |
碱性水 |
去离子水(纯水) |
离子迁移 |
OH— |
水溶剂化H+ |
工作电流密度(A/m2) |
2000~3000 |
10000~20000 |
单位产气量时 |
1 |
1/3 |
能量转换效率(%) |
67~75 |
87~90 |
单槽(小室)工作电压(V) |
2.2~2.5 |
1.65~2.0 |
氧气纯度(%) |
98.8~99.2 |
99.5~99.9 |
商业化年代 |
1920 |
1980 |
应用领域
4.1 海军潜艇及载人航天生命保障系统供氧;
4.2 高原空气稀薄地区(氧气含量<16%)人员的辅助及应急供氧,尤其是高原部队边防站、所执勤人员供氧;
4.3 无氧环境下的工作人员供氧;
4.4 医疗系统需氧人员供氧;
4.5 特种金属材料切割与焊接加工;
4.6 石油化工、医药化工、半导体生产加工等领域。
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