電解水制氫技術日漸成熟,制氫裝置應用廣泛,因此設計合理的電解池是提高電解效率的研究熱點之一。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)安全系數高等優(yōu)點,本文以固體聚合物電解池作為研究重點,以高效的小型制氫設備為目標,對設計制作的微流道膜式固體聚合物電解池開展了實驗研究。對電解水制氫的熱力學、電力學原理和電解反應進行了分析,對堿性電解池、固體氧化物電解池、固體聚合物電解池的工作過程進行了分析,以固體聚合物電解池為主,分析了膜電極性能、擴散層材料、接觸電極板、電解溫度以及電解質種類對制氫的影響。采用KEYENCE形狀測量激光顯微系統(tǒng),在微米級別下,對干燥和濕潤狀態(tài)的質子交換膜、碳紙、西格里擴散層的形態(tài)進行觀測分析。以催化劑直接涂膜技術(CCM)制備膜電極,并觀測膜表面催化劑涂覆狀態(tài)。設計搭建微流道膜式固體聚合物電解池實驗系統(tǒng)。實驗裝置的有效電解面積為7cm×7cm,膜電極采用Nafion117質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,膜上擔載量為2.5mg/cm2,陰陽兩極的擴散層使用疏水型碳紙...

【文章頁數】：78 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 制氫技術研究現狀
        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 應用前景
    1.4 研究目的和研究內容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究內容
    1.5 本章小結
第2章 電解水制氫基本理論
    2.1 制氫原理
        2.1.1 熱力學原理
        2.1.2 電力學原理
    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 質子交換膜
        2.3.2 催化劑
        2.3.3 擴散層
        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
第3章 實驗方案
    3.1 實驗系統(tǒng)
    3.2 實驗裝置
    3.3 實驗材料與設備
        3.3.1 實驗材料
        3.3.2 實驗儀器
    3.4 膜電極預處理
        3.4.1 質子交換膜處理
        3.4.2 陽極催化層制備
        3.4.3 陰極催化層制備
        3.4.4 擴散層處理
    3.5 實驗內容及步驟
        3.5.1 膜電極實驗步驟
        3.5.2 接觸電極板實驗步驟
        3.5.3 擴散層實驗步驟
        3.5.4 水流速度實驗步驟
        3.5.5 電解質實驗步驟
    3.6 本章小結
第4章 研究結果與討論
    4.1 膜電極的形態(tài)與性能研究
        4.1.1 未經過處理的膜形態(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 酸堿液對膜電極性能的影響
        4.1.6 電解時長膜電極影響分析
    4.2 接觸電極板選用的對比分析
        4.2.1 不同溫度下鈦板與石墨板的制氫量對比
        4.2.2 不同溫度下鈦板與石墨板的能效比對比
        4.2.3 不同溫度下流道槽深的制氫量對比
        4.2.4 不同溫度下流道槽深的能效比對比
    4.3 擴散層的選用及對比分析
        4.3.1 不同溫度下碳紙與西格里的制氫量對比
        4.3.2 不同溫度下碳紙與西格里的能效比對比
    4.4 水流速度的對比
    4.5 不同電解質的對比分析
        4.5.1 自來水與湖水的對比分析
        4.5.2 酸性電解質溶度的影響分析
        4.5.3 不同溫度下酸液的影響分析
    4.6 本章小結
第5章 結論
    5.1 結論
    5.2 不足與展望
參考文獻
研究生期間學術成果
致謝



本文編號：3807985