電解水制氫技術(shù)日漸成熟,制氫裝置應(yīng)用廣泛,因此設(shè)計(jì)合理的電解池是提高電解效率的研究熱點(diǎn)之一。固體聚合物電解池具有裝置精巧、高效、氫氣純度高以及系統(tǒng)安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn),本文以固體聚合物電解池作為研究重點(diǎn),以高效的小型制氫設(shè)備為目標(biāo),對(duì)設(shè)計(jì)制作的微流道膜式固體聚合物電解池開展了實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)電解水制氫的熱力學(xué)、電力學(xué)原理和電解反應(yīng)進(jìn)行了分析,對(duì)堿性電解池、固體氧化物電解池、固體聚合物電解池的工作過程進(jìn)行了分析,以固體聚合物電解池為主,分析了膜電極性能、擴(kuò)散層材料、接觸電極板、電解溫度以及電解質(zhì)種類對(duì)制氫的影響。采用KEYENCE形狀測(cè)量激光顯微系統(tǒng),在微米級(jí)別下,對(duì)干燥和濕潤狀態(tài)的質(zhì)子交換膜、碳紙、西格里擴(kuò)散層的形態(tài)進(jìn)行觀測(cè)分析。以催化劑直接涂膜技術(shù)(CCM)制備膜電極,并觀測(cè)膜表面催化劑涂覆狀態(tài)。設(shè)計(jì)搭建微流道膜式固體聚合物電解池實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)裝置的有效電解面積為7cm×7cm,膜電極采用Nafion117質(zhì)子交換膜作為催化劑的載體,陰極催化劑使用貴金屬鉑黑,膜上擔(dān)載量為0.3mg/cm2,陽極催化劑使用按比例混合的氧化銥與鉑黑,膜上擔(dān)載量為2.5mg/cm2,陰陽兩極的擴(kuò)散層使用疏水型碳紙...

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 制氫技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 礦物燃料制氫
        1.2.2 光分解制氫法
        1.2.3 電解水制氫法
    1.3 應(yīng)用前景
    1.4 研究目的和研究內(nèi)容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究內(nèi)容
    1.5 本章小結(jié)
第2章 電解水制氫基本理論
    2.1 制氫原理
        2.1.1 熱力學(xué)原理
        2.1.2 電力學(xué)原理
    2.2 電解池類型
        2.2.1 堿性電解池
        2.2.2 固體氧化物電解池
        2.2.3 固體聚合物電解池
    2.3 SPE電解水制氫理論
        2.3.1 質(zhì)子交換膜
        2.3.2 催化劑
        2.3.3 擴(kuò)散層
        2.3.4 膜電極制備
    2.4 影響SPE電解水制氫的因素
        2.4.1 膜電極
        2.4.2 擴(kuò)散層材料
        2.4.3 接觸電極板
        2.4.4 電解液溫度
        2.4.5 電解液濃度
    2.5 本章小結(jié)
第3章 實(shí)驗(yàn)方案
    3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
    3.2 實(shí)驗(yàn)裝置
    3.3 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備
        3.3.1 實(shí)驗(yàn)材料
        3.3.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    3.4 膜電極預(yù)處理
        3.4.1 質(zhì)子交換膜處理
        3.4.2 陽極催化層制備
        3.4.3 陰極催化層制備
        3.4.4 擴(kuò)散層處理
    3.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟
        3.5.1 膜電極實(shí)驗(yàn)步驟
        3.5.2 接觸電極板實(shí)驗(yàn)步驟
        3.5.3 擴(kuò)散層實(shí)驗(yàn)步驟
        3.5.4 水流速度實(shí)驗(yàn)步驟
        3.5.5 電解質(zhì)實(shí)驗(yàn)步驟
    3.6 本章小結(jié)
第4章 研究結(jié)果與討論
    4.1 膜電極的形態(tài)與性能研究
        4.1.1 未經(jīng)過處理的膜形態(tài)分析
        4.1.2 水浴處理后的膜形態(tài)分析
        4.1.3 涂刷催化劑的膜形態(tài)分析
        4.1.4 碳紙和西格里的形態(tài)分析
        4.1.5 酸堿液對(duì)膜電極性能的影響
        4.1.6 電解時(shí)長膜電極影響分析
    4.2 接觸電極板選用的對(duì)比分析
        4.2.1 不同溫度下鈦板與石墨板的制氫量對(duì)比
        4.2.2 不同溫度下鈦板與石墨板的能效比對(duì)比
        4.2.3 不同溫度下流道槽深的制氫量對(duì)比
        4.2.4 不同溫度下流道槽深的能效比對(duì)比
    4.3 擴(kuò)散層的選用及對(duì)比分析
        4.3.1 不同溫度下碳紙與西格里的制氫量對(duì)比
        4.3.2 不同溫度下碳紙與西格里的能效比對(duì)比
    4.4 水流速度的對(duì)比
    4.5 不同電解質(zhì)的對(duì)比分析
        4.5.1 自來水與湖水的對(duì)比分析
        4.5.2 酸性電解質(zhì)溶度的影響分析
        4.5.3 不同溫度下酸液的影響分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論
    5.1 結(jié)論
    5.2 不足與展望
參考文獻(xiàn)
研究生期間學(xué)術(shù)成果
致謝



本文編號(hào)：3807985