第36卷第5期Vol 36, No 52006年10月BATTERY BIMONTHLY甲醇電解制氫胡智怡,李永亮,沈培康(中山大學(xué)光電材料與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)宣,物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院,廣東廣州510275)摘要:采用質(zhì)子交換膜燃料電池作電解器,提出了利用甲醇電解制氫的、經(jīng)濟(jì)的制氫方法。結(jié)果表明,電解甲醇制氫比傳統(tǒng)的電解水制氬,能夠降低電壓近2/3。所迷的技術(shù)具有安全、簡潔及低成本等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:制氫;甲醇電解;電解裝置;燃料電池中圖分類號:TM94文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001-1579(200605-0383-02Hydrogen production by methanol electrolysisHU Zhi-yi, LI Yong-liang, SHEN Pei-kangState Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School ofasics and Engineering, Sun Yat-Sen University, Guangzhou, Guangdong 510275, China)Abstract: An economic method to produce hydrogen with direct electrolysis of methanol by using modified proton exchange membrane fuel cell( PEMFC)as an electrolyser was put forward. The results showed that the hydrogen produced by the electrolysis ofmethanol could reduce the electricity consumption up to 2/3 compared with traditional water electrolysis. The novelty of this technique was inherent safety, simplicity and substantially lowered costKey words: hydrogen production: methanol electrolysis; electrolyser; fuel cell氫能以其清潔高效的特點(diǎn),被認(rèn)為是未來最有潛力的能源本文作者對比了將甲醇與水作為原料的電解制氫,并將溫載體口。氫能開發(fā)首先要解決的是廉價(jià)制氫的問題。目前,主度和濃度對甲醇電解制氫的影響進(jìn)行了研究要的制氫方式仍是化學(xué)制氫,從煤、石油和天然氣等化石燃料中制取氫氣2電解水制氫已具有規(guī)?；a(chǎn)能力,但是,1實(shí)驗(yàn)電解水制氫的能耗很大研究降低制氫電耗的有關(guān)問題是推1.1MEA膜電極的制備廣電解水制氫的關(guān)鍵。電解陽極的電催化劑為PRu/C( Johnson Matthey公司),陰本文作者提出了利用甲醇電解制氫的方法。電解甲醇制極電催化劑為PC( Johnson Matthey公司)。電解電極的制備氫的主要優(yōu)勢是電解甲醇僅需很低的電壓。為了簡要敘述原過程類似于PMFC的膜電極,具體制備工藝如下:陽極用聚四理將甲醇與水進(jìn)行比較。電解水的理論電壓由氫、氧兩電極氟乙烯(PTE)處理過的碳紙(PTFE含量為10%)作為電極支的電位差決定標(biāo)準(zhǔn)電位為123V而甲醇的標(biāo)準(zhǔn)電位是0.02撐體,上面涂一層用PTFE乳液調(diào)和的碳粉作為擴(kuò)散層(PTFEV低于電解水的理論電壓。甲醇電解的反應(yīng)式為含量為10%,碳載量為1.5mg/cm2)將PRuC催化劑粉末陽極:CH3OH+H20=6H*+CO2+6e(1) Nafion溶液和乙醇溶液混合,在超聲波條件下震蕩數(shù)分鐘形成陰極:2H*+2e=H2(2)墨水狀,均勻地涂在上述碳擴(kuò)散層上,PtRu金屬載量為25總反應(yīng):CH3OH+H2O=3H2+CO2(3)mg/cm2,陰極制備工藝和陽極相同,但是各層中物質(zhì)的含量與由反應(yīng)式可知電解甲醇不僅可以利用甲醇本身的氫還陽極不同。用PTFE處理過的碳紙(PTFE含量為30%)作為電「以從水中獲得氫,因此,氫的利用率非常高。極支撐體,擴(kuò)散層中PTFE的含量為30%,Pt催化層載量為15作者簡介胡智怡(1982-),男,湖北人,中山大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院碩士李永亮(1982-),男,山東人,中山大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院碩士中國煤化工研究沈培康(1953-),男,淅江人,中山大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院教CNMH G基金項(xiàng)目:廣東省科技廳工業(yè)攻關(guān)計(jì)劃(2005A11001002,2005A110001),廣州市科技攻關(guān)項(xiàng)目(200573-D0251),廣州市白云區(qū)科技局科技成果推廣項(xiàng)目(2004-ST-8)BATTERY BIMONTHLY第36卷mg/cm2。以 Nafion17膜作固體電解質(zhì), Nafion17膜的處理過程如下將 Nafion17膜依次在5%H2O2去離子水、1mo/L硫酸及去離子水中處理1h,處理溫度為80℃,以去除膜表面的有機(jī)物和金屬離子。將陽極和陰極的催化層面向處理好的Nafion17膜,在15MPa的壓力下,于135℃下熱壓180,制成50℃膜電極(MEA),有效幾何面積為2.5cm×2.5cm。1.2電解裝置組裝以及電解將MEA固定在兩塊帶平行流場的鍍金銅板之間,組裝成電解裝置如圖1所示200250300350.400.45050055圖32mo/L甲醇在不同溫度下電解的E曲線Fig 3 El curves of 2 mol/L methanol electrolysis at different從圖3可以看出,隨著溫度的上升,甲醇的起始電解電壓逐陰極步下降;而在相同的電流下,甲醇的電解電壓也隨著溫度的上升逐步下降23不同甲醇濃度的影響圖4為30℃下、不同濃度甲醇溶液電解的EI曲線流電源正極moLL圖1電解裝量示意圖Fig 1 Schematic setup of the electrolyser用IM6e電化學(xué)工作站( Zahner- Electrik,德國)采用電勢線性掃描進(jìn)行電解電解溶液通過蠕動泵泵入陽極室,陰極先通入1min的氫氣作為保護(hù)氣體,然后通過排水法,收集電解產(chǎn)生0203040.506070.8的氫氣圖430℃下不同濃度甲醇溶液電解的EI曲線2結(jié)果與討論Fig, 4 EI curves of methanol with different concentration electrolysis at30℃2.1不同電解液電解從圖4可以看出,2m/L甲醇的電解效果最好。對于1圖2為在90℃下,2mo/L甲醇和去離子水電解的E曲mo/L甲醇,隨著電壓加大,電流增大在較高的電流密度下,出現(xiàn)濃差極化,因此,在05V以后曲線發(fā)生傾斜。在高甲醇濃度下,甲醇滲透到陰極造成陰極催化劑毒化成為主要問題,導(dǎo)致電解電壓增大,性能降低。0.63結(jié)論去離子水通過對甲醇和水的電解制氫比較發(fā)現(xiàn)在相同的電流下,甲醇的電解電壓相對于水可降低近2/3,降低了制氫的能耗甲醇的電解電壓隨著溫度的增大而減小。將質(zhì)子交換膜燃料電池作為電解裝置可以達(dá)到任何規(guī)模的要求非常方便。參考文獻(xiàn)圖2在90℃下2m/L甲醇與去離子水電解的E曲線1emiN,Dath. brid cars now, fuel cell cars laterFig,2 E-I curves of2 mol/L methanol and water electrolysis at-(2] WU Chuan(吳川, ZHANG Hua-min(張華民), YI Bao-lian(衣寶Science,2004,305(5686):974-9從圖2可以看出,甲醇的起始電解電壓低于去離子水的起),eal.化學(xué)制氫技術(shù)研究進(jìn)展[ Progress in Chemistry(化學(xué)進(jìn)展),2005,17(3):423-429始電解電壓在相同的電流下,甲醇的電解電壓相對于水可以[3]ei(史鵬飛), ZHANG降低近2/3,以甲醇為原料制氫耗能相比于以水為原料有大幅中國煤化工制氫研究進(jìn)展[. Battery度的下降CNMHG22溫度的影響圖3為不同溫度下,2molL的甲醇溶液電解的E曲線。收稿日期:2006-08-11