[發明專利]一種大幅降低鉑電化學分解水能耗的新方法

有效

• 申請號: 202110310291.4
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113088989B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 卜津;李志美
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B9/19;C25B15/023
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 袁紅梅

本發明公開了一種大幅降低鉑電化學分解水能耗的新方法。利用兩臺不同電位的電化學工作站反向串聯，對2支Pt片進行供電，在強堿性水溶液中進行電化學分解水，實現超低電位和高電流密度制備氫氣和氧氣。當所設置的兩臺工作站電位值越接近，電流密度越小；兩供電循環回路中電流值大小近似，符號相反；在兩電位絕對值之和為0.7V的條件下，電流密度可以達到0.95A·cm²；產生1m³的氫氣和0.5m³的氧氣所消耗的電能大約1.87KW·h左右。本發明突破了公認的電化學全分解水電位必須大于1.23V的觀念，為電解水工藝引入新的設計理念，開拓全新的工業電解水設計方案，為大規模低能耗工業分解水制備氫氣和氧氣奠定了基礎。

技術領域

本發明屬于催化劑分解水技術領域，具體涉及一種大幅降低鉑電化學分解水能耗的新方法。

背景技術

由于電解水制氫所用資源為水，其來源廣泛且易獲得純凈氣體，因此電解水被認為是最有前途的方法之一。然而目前普遍認為水電解時理論水分解電壓值為1.23V，在電解槽的實際運行中的工作電壓為理論分解電壓的1.5～2倍。目前工業上通常利用鉑或者鉑鈦為電極，在堿性溶液中電解水制氫和氧氣，所需電位在2.0V以上，每獲得1m³氫氣，實際電能消耗為4.5～5.5kW·h。目前電解水技術中耗能較高是導致工業上分解水制氫和制氧技術發展的瓶頸。

因此，開發新的低能耗電解水制氫和制氧的工藝顯得尤為重要。電解水制氫提出明確的考核指標要求：電極小室內電壓≦1.80V@電流密度0.5A·cm^-2，電解槽直流電耗≦4.3KWh·Nm³，系統單位能耗≦4.9KWh·Nm³。

發明內容

針對現有技術中的不足與難題，本發明旨在提供一種大幅降低鉑電化學分解水能耗的新方法。

本發明采用的技術方案為：

一種大幅降低鉑電化學分解水能耗的新方法，該方法采用兩臺電化學工作站反向串聯分解水的四電極體系，兩支鉑片為工作電極，分別以兩支銀-氯化銀為參比電極，堿性溶液為電解質溶液，進行電化學催化全分解水反應，電解時將兩臺電化學工作站的工作電極夾相連。該方法在電化學全分解水制備氫氣和氧氣過程中，能夠實現電流密度達到0.95A·cm^-2時，總電位為0.7V(遠低于1.23V)，制備1m³氫氣和0.5m³氧氣所消耗的電能低至1.87KW·h 左右。

進一步地優選，所述兩臺電化學工作站的電位分別設置為+0.5V和-0.2V。

進一步地優選，所述堿性溶液為NaOH溶液，摩爾濃度為1.0mol/L。

本發明的有益效果為：本發明的方案可以大幅降低電解水的耗能，突破了公認的電化學全分解水電位必須大于1.23V的觀念，為電解水工藝引入新的設計理念，開拓全新的工業電解水設計方案，為大規模低能耗工業分解水制備氫氣和氧氣奠定了基礎。

附圖說明

圖1為在1#0.5V恒電位作用下，改變2#電位的極化曲線圖

a.1#0.5V恒電位極化曲線；b.2#在不同電位作用下的恒電位極化曲線

圖2為1#電源恒定為0.5V，分解水電流密度隨電位變化曲線圖

a.電流密度隨2#電位變化曲線：上坐標表示2#電位；下坐標表示1#和2#電位代數和；

b.電流密度隨1#和2#電位絕對值之和變化曲線

c.電流密度隨1#和2#電位值之差變化曲線

圖3為在1#1.0V恒電位作用下，改變2#電位的極化曲線圖

a.1#1.0V恒電位極化曲線；