在常見的氫氣供給中,供給方式包括使用鋼瓶氫氣和使用發生器來提供。鋼瓶氫氣需要向氣體供應商購買;
高純氫氣發生器的種類、原理和結構多種多樣,從原理上來講都屬於電解制氫,詳細的來講一般分爲三種,區别在於電解槽的類型,即:堿性電解槽、基於離子交換技術的聚合物薄膜電解槽和固體氧化物電解槽。
在實驗室中,使用的一般是堿性電(diàn)解槽制氫和聚合物薄膜電(diàn)解槽制氫兩種。接下來我們爲您介紹發(fā)生器的一般流程及電(diàn)解槽原理分析!
高純氫氣發生器的一般流程:
一般而言,其工作流程爲:堿性電(diàn)解液在電(diàn)解池中電(diàn)解後,潮濕的氫氣進入氣液分離器分離出氫氣,再經過幹燥器之後,通過針型閥(fá)輸入到氣相色譜儀中。
該儀器從(cóng)原理上來講都屬於(yú)電解制氫,具體的區别在於(yú)核心部件電解槽的類型,即:堿性電解槽、基於(yú)離子交換技術的聚合物薄膜電解槽和固體氧化物電解槽。
1、使用堿(jiǎn)性電(diàn)解槽制氫
堿性電解槽是常用、技術成熟、也經濟的電解槽,並(bìng)且易於(yú)操作,在目前廣泛使用,但缺點是其效率低。堿性電解槽主要由電源、電解槽箱體、電解液、陰極、陽極和橫隔膜組成。電解液都是氫氧化鉀溶液(KOH),濃度爲20%~30%;橫隔膜主要由石棉組成,主要起分離氣體的作用,而兩個電極則主要由金屬合金組成。
其工作的主要原理是:在陰極,水分子被分解爲氫離子(H+)和氫氧根離子(OH-),氫離子得到電子生成氫原子,並(bìng)進一步生成氫分子(H2);氫氧根離子(OH-)則在陰、陽極之間的電場(chǎng)力作用下穿過多孔的橫隔膜,到達陽極,在陽極失去電子生成一個水分子和氧分子。
堿性電解槽制氫的特點(diǎn)是:氫氧根離子(OH-)在陰、陽極之間的電場(chǎng)力作用下穿過多孔的橫隔膜。
2、聚合物薄膜電(diàn)解槽制氫(qīng)
聚合物薄膜電解槽制氫(PEM),一些地方也稱之爲固體聚合物電解質(SPE)水電解制氫。該種原理不需電解液,隻需純水,比堿性電解槽安全,電解槽的效率可以達到85%或以上,但由於(yú)在電極處使用鉑(bó)等貴重金屬,薄膜材料也是昂貴的材料,故PEM電解槽目前還難以投人大規模的使用。
其工作的主要原理是:去離子水被供到膜一電極組件上,在陽極側(cè)反應析出氧氣、氫離子和電子;電子通過電路傳遞到陰極,氫離子以水合的形式(H+.XH20)通過離子交換膜到陰極;在陰極,氫離子和電子重新結合形成氫氣,同時,部分水也帶到瞭(le)陰極。
聚合物薄膜電解槽制氫的特點(diǎn)是:氫離子(H+)在陰、陽極之間的電場(chǎng)力作用下穿過離子交換膜。