17、水电解效率提升与长行程精密平台控制技术研究

水电解效率提升与长行程精密平台控制技术研究

1. 水电解效率提升研究

1.1 研究背景与意义

在全球应对气候变化的大背景下，各国都在积极探索清洁可再生能源以减少碳排放。氢能作为一种有望替代石油和化石燃料的能源，因其可由可再生能源制取且使用过程几乎无污染，被视为未来理想的能源载体。酸 - 碱反应器在水电解中具有降低实际分解电位、分离氢气和氧气以及提高效率和经济效益的潜力。同时，脉冲电压的应用能提高电流密度，因此研究酸 - 碱电解池结合脉冲的能量效率具有重要意义。

1.2 理论基础

1.2.1 电解原理

当电极置于电解池中并通过电流时，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，离子的移动使电荷在两极间传导，从而实现电解质溶液导电，两极发生的化学反应即为电解。水电解的电化学反在酸性和碱性电解质中有所不同：
- 酸性电解质 ：
- (2H^+ + 2e^- → H_2)，(E_{rev} = 0.0 V)
- (2H_2O → O_2 + 4H^+ + 4e^-)，(E_{rev} = 1.23 V)
- 碱性电解质 ：
- (2H_2O + 2e^- → H_2 + 2OH^-)，(E_{rev} = -0.83 V)
- (4OH^- → 2H_2O + O_2 + 4e^-)，(E_{rev} = 0.4 V)

双槽（双电解质）的综合反应机制为上述反应的组合，总反应为 (4H^+ + 4OH^- → 2H_2 + O_2 + 2H_2O)。理论上，酸性或碱性电解质的分解电压为 1.2