电解水制氢技术的研究进展论文

1）氢气制备。可以用电解法、热化学法、光电化学法或等离子体化学法制 氢。 2）氢的储存。氢的储存可以用压缩、低温液化和贮氢金属吸存。 3）氢的利用。可作燃料，用于导航、机动车等；可用氢燃料电池通过电化 学反应直接转换成电能；可用作各种能源的转换介质或中间载体。 国际能源巨头早在上个世纪末就已经未雨绸缪，开始了对于氢能的研发和应用探索，BP和壳牌在氢能的开发应用上处于领先地位。 BP：更看重氢气发电 BP在去年年底成立了新的替代能源业务部门，并决定增加一倍的投资，以大力发展包括氢在内的可再生能源的开发和利用。 在氢燃料电池领域，BP是全球氢燃料示范项目的主要参与者。目前，BP已经在新加坡开设了两个加氢站。除此之外，设在德国慕尼黑机场的氢燃料站从1998年至今已经成功运营了8年时间。 2004年4月27日，作为美国能源部氢能源计划的一部分，BP与福特汽车公司达成协议，计划由福特汽车在美国萨克拉曼多、奥兰多和底特律的主要城市安置30辆氢动力车辆。 BP还参与到中国科技部的氢燃料汽车示范项目中，为科技部在北京的3辆燃料电池公共汽车示范项目设计、建造、运营加氢站设施。 然而，与燃料电池相比，BP更为看重利用氢气发电的业务，氢气发电业务也被直接划归了新成立的替代能源业务部门下，体现了公司的重视。 壳牌：运作全球最大的氢燃料公共运输项目 与BP相比，壳牌关于氢能的应用主要还是集中在燃料电池上。自1998年以来，壳牌在开发替代能源技术方面的投资已经超过了10亿美元，并且成立了专门的氢能业务部。壳牌参与到了欧盟氢燃料电池技术平台的搭建和日本氢燃料电池示范项目的运营中，并已经公开宣称，今年在美国至少要开始运营2座以上新的加氢站。 与BP一样，壳牌也参与了中国科技部的燃料电池公共汽车示范项目，将在上海国际汽车城建设上海首座固定加氢站。 迄今为止，壳牌在燃料电池公共汽车方面的最大项目诞生在今年6月29日。当天，壳牌氢能公司与Connexxion巴士公司和MAN轻卡巴士公司在荷兰鹿特丹签署备忘录，宣布创建世界最大的氢燃料公共运输业务项目。 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 就目前而言，氢能作为“二次能源”，国际上的氢能制备来自于矿石燃料、生物质和水，工艺主要有电解制氢、热解制氢、光化制氢、放射能水解制氢、等离子电化学法制氢和生物制氢等。在这些方法中，除了生物制氢技术外。其它方法都是通过自然界中已经存在的碳氢化合物——天然气、煤、石油等一次能源中提取出来的，这种方法制取所得的氢，已经成为了二次能源，它不仅消耗掉了相当大的能量，而且所得效率相当低；并且在其制取过程还对环境产生了污染。 电解水制氢技术是目前应用较广且比较成熟的方法之一。以水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定的能量，则可使水分解成氢气和氧气。提供电能使水分解制得的氢气的效率一般在75％－85％。其中工艺过程比较简单，也不会产生污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。目前电解水的工艺、设备均在不断的改进，但电解水制氢能耗仍然很高。 烃类水蒸汽重整制氢。烃类水蒸汽重整制氢反应是强吸热反应，反应时需外部供热。热效率较低，反应温度较高，反应过程中水大量过量，能耗较高，造成资源的浪费。 重油氧化制氢重整方法，反应温度较高，制得的氢纯度低，也不利于能源的综合利用。 因此，用这些方式来制取氢，不仅要付出很高的制造成本，还要付出环境代价，而利用效率却相当低。假如用这种形式来满足我们对能量的需求，而仅仅为了达到在对能源的末端消费中避免污染，则无疑是舍近求远，得不偿失，是绝对不可取的，还不如直接利用这些化石能源的好。 国外制氢技术 为了寻求经济实用的制氢方法，各国科学家正在努力探索。近年来已经取得了一些进展。如： 1、用氧化亚铜做催化剂从水中制氢气。 2、用新型的钼的化合物从水中制氢气。 3、用光催化剂反应和超声波照射把水完全分解的方法。 4、陶瓷跟水反应制取氢气。 5、甲烷制氢气。 6、从微生物中提取的酶制氢气。 7、从细菌制取氢气。 8、用绿藻生产氢气。 （1）.用氧化亚铜做催化剂从水中制氢气 有研究人员将0.5克氧化亚铜粉末添加入200立方厘米的蒸馏水中，然后用一盏玻璃灯泡中发出的460纳米～650纳米的可见光进行照射，在氧化亚铜催化剂的作用下，水分解成氢和氧。用这种方法共进行了30次实验，从分解的水中得到了不同比例的氢和氧。试验中发现，如果得到的氧的压力增加到500帕斯卡，水的分解过程就减慢。氧化亚铜粉末的使用寿命可达1 900小时之久。东京技术研究所计划进一步研究如何提高氢的产生效率，同时研制能够在波长更长的可见光照射下发挥活性的催化剂，该研究所正在试验一种新的含铜铁合金的氧化物。 （2）、用新型的钼的化合物从水中制氢 西班牙瓦伦西亚大学的两位科学家发明了一种低成本的从水中制取氢的方法。他们对催化转化器进行改造，使水分解时仅需很少的成本。他们用一种从钼中获取的化学产品做催化剂，而不使用电能。他们说，如果用氢作原料，从半升水中制得的氢足以使一辆小汽车行驶633公里。 （3）、用光催化剂反应和超声波照射把水完全分解法制氢 有人发现二氧化钛经光（紫外线）照射可分解水的现象。他们本拟应用这一方法制氢，但由于氢和氧的生成量较少，在经济上不合算而中断了这一研究。据最近报道，当同时使用光催化剂反应和超声波照射的方法能够把水完全分解。这种“超声波光催化剂反应”所以能使水完全分解，是由于在超声波的作用下，水可被分解为氢和双氧水，而双氧水经光催化反应又可分解成氧和氢。不过超声波照射和二氧化钛光催化剂虽然获得了完全分解水的结果，但氢的生成量却较少。在添加二氧化锰后，再用超声波照射，二氧化锰分解后的锰离子可溶解到溶液中，使双氧水产生大量的氢。 （4）、陶瓷跟水反应制氢 有人在300 ℃下，使陶瓷跟水反应制得了氢。他们在氩和氮的气流中，将炭的镍铁氧体（CNF）加热到300℃，然后用注射针头向CNF上注水，使水跟热的CNF接触，就制得氢。由于在水分解后CNF又回到了非活性状态，因而铁氧体能反复使用。在每一次反应中，平均每克CNF能产生2立方厘米～3立方厘米的氢气。 （5）、甲烷制氢气 1.用镍铂稀土元素氧化物制氢 有人用镍铂稀土元素氧化物多孔催化剂，使甲烷、二氧化碳和水生成了氢气。催化剂中镍、稀土元素氧化物和铂的组成比例为10:65:0.5。其制备过程是，先将镍、稀土元素氧化物等原料加热熔解，然后导入氨气，使熔解物成为凝胶状，再进行干燥、热处理。这种催化剂微粒孔径为2纳米～100纳米，具有很高的催化活性。乾智行教授将该催化剂装进反应塔，然后加入二氧化碳、甲烷和水蒸气。结果，在常压及550 ℃～600 ℃条件下，生成物为氢气和一氧化碳，升温至650 ℃，其转化率为80%；温度为700 ℃时，转化率几乎达到100%。 2.用C60作催化剂从甲烷制氢 有人用C60作催化剂，从甲烷制得氢气。在现阶段，C60在高温条件下才能发挥功能，不能立刻达到实用，必须加以改良，制成在低温条件下也能工作的节能催化剂。他们开发的催化剂，是在碳粉里掺10%的C60。在加热到1 000 ℃的容器里，放入0.1克催化剂，以1

1）氢气制备。可以用电解法、热化学法、光电化学法或等离子体化学法制 氢。 2）氢的储存。氢的储存可以用压缩、低温液化和贮氢金属吸存。 3）氢的利用。可作燃料，用于导航、机动车等；可用氢燃料电池通过电化 学反应直接转换成电能；可用作各种能源的转换介质或中间载体。国际能源巨头早在上个世纪末就已经未雨绸缪，开始了对于氢能的研发和应用探索，BP和壳牌在氢能的开发应用上处于领先地位。 BP：更看重氢气发电 BP在去年年底成立了新的替代能源业务部门，并决定增加一倍的投资，以大力发展包括氢在内的可再生能源的开发和利用。 在氢燃料电池领域，BP是全球氢燃料示范项目的主要参与者。目前，BP已经在新加坡开设了两个加氢站。除此之外，设在德国慕尼黑机场的氢燃料站从1998年至今已经成功运营了8年时间。 2004年4月27日，作为美国能源部氢能源计划的一部分，BP与福特汽车公司达成协议，计划由福特汽车在美国萨克拉曼多、奥兰多和底特律的主要城市安置30辆氢动力车辆。 BP还参与到中国科技部的氢燃料汽车示范项目中，为科技部在北京的3辆燃料电池公共汽车示范项目设计、建造、运营加氢站设施。 然而，与燃料电池相比，BP更为看重利用氢气发电的业务，氢气发电业务也被直接划归了新成立的替代能源业务部门下，体现了公司的重视。 壳牌：运作全球最大的氢燃料公共运输项目 与BP相比，壳牌关于氢能的应用主要还是集中在燃料电池上。自1998年以来，壳牌在开发替代能源技术方面的投资已经超过了10亿美元，并且成立了专门的氢能业务部。壳牌参与到了欧盟氢燃料电池技术平台的搭建和日本氢燃料电池示范项目的运营中，并已经公开宣称，今年在美国至少要开始运营2座以上新的加氢站。 与BP一样，壳牌也参与了中国科技部的燃料电池公共汽车示范项目，将在上海国际汽车城建设上海首座固定加氢站。 迄今为止，壳牌在燃料电池公共汽车方面的最大项目诞生在今年6月29日。当天，壳牌氢能公司与Connexxion巴士公司和MAN轻卡巴士公司在荷兰鹿特丹签署备忘录，宣布创建世界最大的氢燃料公共运输业务项目。 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 就目前而言，氢能作为“二次能源”，国际上的氢能制备来自于矿石燃料、生物质和水，工艺主要有电解制氢、热解制氢、光化制氢、放射能水解制氢、等离子电化学法制氢和生物制氢等。在这些方法中，除了生物制氢技术外。其它方法都是通过自然界中已经存在的碳氢化合物——天然气、煤、石油等一次能源中提取出来的，这种方法制取所得的氢，已经成为了二次能源，它不仅消耗掉了相当大的能量，而且所得效率相当低；并且在其制取过程还对环境产生了污染。 电解水制氢技术是目前应用较广且比较成熟的方法之一。以水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定的能量，则可使水分解成氢气和氧气。提供电能使水分解制得的氢气的效率一般在75％－85％。其中工艺过程比较简单，也不会产生污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。目前电解水的工艺、设备均在不断的改进，但电解水制氢能耗仍然很高。 烃类水蒸汽重整制氢。烃类水蒸汽重整制氢反应是强吸热反应，反应时需外部供热。热效率较低，反应温度较高，反应过程中水大量过量，能耗较高，造成资源的浪费。 重油氧化制氢重整方法，反应温度较高，制得的氢纯度低，也不利于能源的综合利用。 因此，用这些方式来制取氢，不仅要付出很高的制造成本，还要付出环境代价，而利用效率却相当低。假如用这种形式来满足我们对能量的需求，而仅仅为了达到在对能源的末端消费中避免污染，则无疑是舍近求远，得不偿失，是绝对不可取的，还不如直接利用这些化石能源的好。 国外制氢技术 为了寻求经济实用的制氢方法，各国科学家正在努力探索。近年来已经取得了一些进展。如： 1、用氧化亚铜做催化剂从水中制氢气。 2、用新型的钼的化合物从水中制氢气。 3、用光催化剂反应和超声波照射把水完全分解的方法。 4、陶瓷跟水反应制取氢气。 5、甲烷制氢气。 6、从微生物中提取的酶制氢气。 7、从细菌制取氢气。 8、用绿藻生产氢气。 （1）.用氧化亚铜做催化剂从水中制氢气 有研究人员将0.5克氧化亚铜粉末添加入200立方厘米的蒸馏水中，然后用一盏玻璃灯泡中发出的460纳米～650纳米的可见光进行照射，在氧化亚铜催化剂的作用下，水分解成氢和氧。用这种方法共进行了30次实验，从分解的水中得到了不同比例的氢和氧。试验中发现，如果得到的氧的压力增加到500帕斯卡，水的分解过程就减慢。氧化亚铜粉末的使用寿命可达1 900小时之久。东京技术研究所计划进一步研究如何提高氢的产生效率，同时研制能够在波长更长的可见光照射下发挥活性的催化剂，该研究所正在试验一种新的含铜铁合金的氧化物。 （2）、用新型的钼的化合物从水中制氢 西班牙瓦伦西亚大学的两位科学家发明了一种低成本的从水中制取氢的方法。他们对催化转化器进行改造，使水分解时仅需很少的成本。他们用一种从钼中获取的化学产品做催化剂，而不使用电能。他们说，如果用氢作原料，从半升水中制得的氢足以使一辆小汽车行驶633公里。 （3）、用光催化剂反应和超声波照射把水完全分解法制氢 有人发现二氧化钛经光（紫外线）照射可分解水的现象。他们本拟应用这一方法制氢，但由于氢和氧的生成量较少，在经济上不合算而中断了这一研究。据最近报道，当同时使用光催化剂反应和超声波照射的方法能够把水完全分解。这种“超声波光催化剂反应”所以能使水完全分解，是由于在超声波的作用下，水可被分解为氢和双氧水，而双氧水经光催化反应又可分解成氧和氢。不过超声波照射和二氧化钛光催化剂虽然获得了完全分解水的结果，但氢的生成量却较少。在添加二氧化锰后，再用超声波照射，二氧化锰分解后的锰离子可溶解到溶液中，使双氧水产生大量的氢。 （4）、陶瓷跟水反应制氢 有人在300 ℃下，使陶瓷跟水反应制得了氢。他们在氩和氮的气流中，将炭的镍铁氧体（CNF）加热到300℃，然后用注射针头向CNF上注水，使水跟热的CNF接触，就制得氢。由于在水分解后CNF又回到了非活性状态，因而铁氧体能反复使用。在每一次反应中，平均每克CNF能产生2立方厘米～3立方厘米的氢气。 （5）、甲烷制氢气 1.用镍铂稀土元素氧化物制氢 有人用镍铂稀土元素氧化物多孔催化剂，使甲烷、二氧化碳和水生成了氢气。催化剂中镍、稀土元素氧化物和铂的组成比例为10:65:0.5。其制备过程是，先将镍、稀土元素氧化物等原料加热熔解，然后导入氨气，使熔解物成为凝胶状，再进行干燥、热处理。这种催化剂微粒孔径为2纳米～100纳米，具有很高的催化活性。乾智行教授将该催化剂装进反应塔，然后加入二氧化碳、甲烷和水蒸气。结果，在常压及550 ℃～600 ℃条件下，生成物为氢气和一氧化碳，升温至650 ℃，其转化率为80%；温度为700 ℃时，转化率几乎达到100%。 2.用C60作催化剂从甲烷制氢 有人用C60作催化剂，从甲烷制得氢气。在现阶段，C60在高温条件下才能发挥功能，不能立刻达到实用，必须加以改良，制成在低温条件下也能工作的节能催化剂。他们开发的催化剂，是在碳粉里掺10%的C60。在加热到1 000 ℃的容器里，放入0.1克催化剂，以1 302 评论