终于有人把氢氧分离水素水杯的原理讲清楚了

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来源:氢的传奇 2017-01-18

随着氢对人体的生物学效应的发现,有种黑科技制氢方法,就是氢呼吸机、氢氢喷美容仪补水仪、第三代富氢水杯的制氢原理。另外从其制氢原理,可以分辨什么牌子的水素水杯好,同时结合第二代水素水杯的普通电解,也会了解“水素水杯喝出问题”是不是有可能。我们知道燃料电池,两边持续的供给氢与氧,便能持续的发电,那么其逆过程,能不能通过SPE质子膜,来持续的制取高纯度的氢与氧呢?答案是肯定的,现在潜艇、宇宙飞船等需要高纯度氢氧的,一般都是用这种方法的。

质子膜制氢氢水杯

SPE质子膜的结构

SPE质子膜现在用的较多的是全氟磺酸质子交换膜。SPE是英文"solid polymer electrolyte" 的缩写,直译为固体聚合物电解质电解水制氧技术,也有文献称为质子交换膜电解水制氧技术或离子交换膜电解水制氧技术,有时简称为SPE电解水制氧技术。 SPE技术是将原有的碱性电解质用质子交换膜这种固体聚合物电解质取代,电催化剂颗粒直接附于膜上,形成膜-电极组。

SPE质子膜氢氧分离水素水杯的原理动画

SPE质子膜制氢原理

只允许水和质子(或称水合质子,H3O+)穿过的膜。 原理简单说就是:水合质子同质子交换膜中的磺酸基结合,然后从一个磺酸基到另一个磺酸基,最终到达另一边。H离子就是质子,实际上,质子能够与微量水分子结合H3O+,浸透质子膜。

SPE质子膜的下方,就是阳极,阳极与水产生电解反应:2 H2O→4H++4e+ O2  可见在阳极,2个水分子电解成4个氢离子,一个氧分子和4个电子,电子不能穿透质子膜,只能通过外电路流动。

4个质子通过质子膜与阴极电子结合生成两个氢原子: 4H++4e→ 2H2

备注:上述的动画图有错误,往上排放的应该为氢气,属于标注错误

SPE质子膜制氢的主要优点

1、)在给定电流密度下效率高,因而能耗小、成本低。

2、较高的电流密度。电流密度最高可达3A/cm2,小室电压2.0V。一般电流密度为1A/cm2,小室电压为1.9-2.0V,因而在相同产气量下,体积小、重量轻。

3、由于电解质是链式聚合物、性能稳定,无腐蚀性液体存在,因而安全可靠、维修量小、使用寿命长。据报道,英皇家海军用的SPE电解槽已累计运行了15万小时,也有报道称SPE电解槽的使用寿命在20年以上。

4、电解质为非透气性隔膜 ,能承受较大的压差,从而简化了压差控制,启动和停机迅速。SPE电解槽由于采用固体聚合物电解质,只对氢离子有单向导通作用,从根本上避免了氢氧通过隔膜混合,安全性好、气体纯度高(氢气纯度>99.99%,氧气纯度>99.99%)。

SPE电解水制氢与传统的碱性电解水制氢相比具有效率高、能耗低、电解质稳定、安全可靠以及装置体积小、重量轻、寿命长等优点。

【本文由“氢生物学科普”发布,2017年1月18日】

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