靜態(tài)供水式堿性水電解模擬

費洪達葛 升閔洛夫高 峰王宇新?

(1.天津大學化工學院, 化學工程聯(lián)合國家重點實驗室, 天津市膜科學與海水淡化技術重點實驗室,天津 300350;2.人因工程國防科技重點實驗室,北京 100094)

減少碳排放以遏制全球變暖是目前人類面臨的巨大挑戰(zhàn)。 為解決傳統(tǒng)化石燃料高碳排放的問題,有必要尋找更加清潔的新能源。 氫能由于可持續(xù)、綠色清潔和能量密度高等優(yōu)點,是未來低碳社會的理想能源之一。 可再生能源由于間歇性和波動性的特點難以直接并網(wǎng)消納。 利用水電解將其轉化為氫能,既便于可再生能源利用,又比化石燃料制氫更清潔,是未來制氫的理想途徑[1]。

靜態(tài)供水式水電解最初因宇航員生命保障系統(tǒng)的需求而提出[2,3]。 其實質是膜蒸餾與水電解的耦合。 如圖1 所示,疏水多孔膜將液態(tài)供水與電極隔開,在化學勢差推動下水以蒸氣的形式由供水傳遞至電解質以滿足電解消耗。 由于靜態(tài)供水式水電解中供水不與電極和電解質直接接觸,因此可避免常規(guī)水電解中可能存在的電解質污染與催化劑中毒等問題,大幅降低對水質的要求[4]。 與水蒸氣電解相比,又無需額外的蒸汽發(fā)生過程。

由于供水方式的特殊性,水的供需變化會影響電解質的濃度與體積,進而影響電解性能。 電解質層水含量的變化應處于適當范圍內,防止系統(tǒng)因水淹或缺水而失穩(wěn)。 目前關于靜態(tài)供水式水電解的研究較少,且多為實驗研究[2-6],尤其缺少對其模擬工作的報道。……