第36卷第5期電也Vol.36，No.52006年10月BATTERY BIMONTHLYOct. ,2006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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室物理科學(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)的電解水制氫,能夠降低電壓近2/3。所述的技術(shù)具有安全、簡(jiǎn)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(lèi)號(hào):TM911.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001 - 1579(2006)05 - 0383 -02Hydrogen production by methanol electrolysisHU Zhi-yi, LI Yongliang, SHEN Pei-kang(State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School ofPhysics and Engineering, Sun Ya- Sen University, Guangzhou ，Guangdong 510275, China)Abstract: An economie method to produce hydrogen with diret ectrolysis of methanol by using modified proton exchange mem-brane fuel cell (PEMFC) as an elctrolyser was put forward. The results showed that the hydrogen produced by the eletrolysis ofmethanol could reduce the etricity consumption up to 2/3 compared with traditional water eletrolysis. The novelty of this tech-nique was inherent safety, simplicity and substantially lowered cost.Key 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(lái)最有潛力的能源本文作者對(duì)比了將甲醇與水作為原料的電解制氫,并將溫載體!1。氫能開(kāi)發(fā)首先要解決的是廉價(jià)制氫的問(wèn)題。目前,主度 和濃度對(duì)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1實(shí)驗(yàn)中制取氫氣[0]。電解水制氫已具有規(guī)模化生產(chǎn)能力3，但是,電解水制氫的能耗很大,研究降低制氫電耗的有關(guān)問(wèn)題,是推1.1 MEA 膜電極的制備廣電解水制氫的關(guān)鍵。電解陽(yáng)極的電催化劑為PrRuv/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Pv/C (Johnson Matthey公司)。電解電極的制備氫的主要優(yōu)勢(shì)是電解甲醇僅需很低的電壓。為了簡(jiǎn)要敘述原過(guò)程類(lèi)似于PEMFC的膜電極,具體制備工藝如下:陽(yáng)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(PTFE)處理過(guò)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1.23 V,而甲醇的標(biāo)準(zhǔn)電位是0.02撐體,上面涂- -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1.5 mg/cm2)將PrRu/C催化劑粉末、陽(yáng)極: CHsOH + H20= 6H'+ CO2+ 6e .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2.5總反應(yīng): CHgOH + H20 = 3H2+ CO2(3)mg/em2 ,陰極制備工藝和陽(yáng)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(yáng)極不同。用PTFE處理過(guò)的碳紙(PTFE含量為30%)作為電可以從水中獲得氫,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1.5作者簡(jiǎn)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)院碩士生,研究方向:能源材料電化學(xué);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)院碩士生,研究方向:燃料電池及關(guān)鍵材料研究;沈培康(1953-),男,浙江人,中山大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院教授,研究方向:燃料電池,本文聯(lián)系人?；痦?xiàng)目:廣東省科技廳工業(yè)攻關(guān)計(jì)劃(20011001002, 205110000)廣州市科技攻關(guān)項(xiàng)目(200523-D0251),廣州市白云區(qū)科技局科技成果推廣項(xiàng)目(2004-ST-8)池384BATTERY BIMONTHLY第36卷mg/em2。 以Nafion117膜作固體電解質(zhì), Nafion117膜的處理過(guò)1.290T程如下:將Nafion117膜依次在5% H202、去離子水、1 molVL硫酸及去離子水中處理1 h,處理溫度為80 C ,以去除膜表面的有0.8, 70七機(jī)物和金屬離子。將陽(yáng)極和陰極的催化層面向處理好的ξ o6Nafion117膜,在15 MPa的壓力下,于135 C下熱壓180 s,制成0.4150 0膜電極(MEA),有效幾何面積為2.5 cmx2.5 cm。,30t0.21.2 電解裝置組裝以及電解0將MEA固定在兩塊帶平行流場(chǎng)的鍍金銅板之間，組裝成0.20 0.25 0.300 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55電解裝置,如圖1所示。圖3 2 mol/L甲醇在不同溫度下電解的E-I曲線Fig.3 E-I curves of 2 moVL methanol ectrolyis at diferenttemperatures從圖3可以看出,隨著溫度的上升甲醇的起始電解電壓逐陽(yáng)極步下降而在相同的電流不,甲醇的電解電壓也隨著溫度的上開(kāi)極升逐步下降。2.3 不同甲醇濃度的影響圖4為30 C下、不同濃度甲醇溶液電解的E-I 曲線。, 2molL醇水溶液L0]0.9- .大3 mol/L0.8]1 4 mol/L0.7- 1 mol/L.負(fù)極[直流電源門(mén)正極」S 0.5]圈1電解裝置示意圖0.40.34Fig.1 Schematice setup of the electrolyser0.2-用1M6e電化學(xué)工作站(Zahner Elctrik,德國(guó))采用電勢(shì)線011性掃描進(jìn)行電解,電解溶液通過(guò)蠕動(dòng)泵泵入陽(yáng)極室,陰極先通0.2030.40.5060.70.8人1 min的氬氣作為保護(hù)氣體,然后通過(guò)排水法,收集電解產(chǎn)生E/V的氫氣。圖430 C下不同濃度甲醇溶液電解的E.I曲線Fig.4 E-I curves of methanol with diferent concentration eloc.2結(jié)果與討論trolysis at 30 C2.1不同電解液電解從圖4可以看出,2 mol/L甲醇的電解效果最好。對(duì)于1圖2為在90 C下,2 mol/L甲醇和去離子水電解的E-I曲mol/L甲醇,隨著電壓加大,電流增大,在較高的電流密度下,出線。現(xiàn)濃差極化,因此,在0.5 V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(wèn)題,導(dǎo)致電解電壓增大,性能降低。083結(jié)論06去離子水通過(guò)對(duì)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(duì)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o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。0020.40.60.81.0121.41.6參考文獻(xiàn):圖2在90下2 mol/L甲醇與去離子水電解的E-I曲線[1] Demirdoven N, Deutch J. Hybrid cars now, fuel cell cars laer[J].Sience, 2004, 305(5 686): 974-976.Fig.2 E-I curves of 2 mol/L methanol and water electrolysis at'[2] wU Chuan(吳川), ZHANG Huo -min(張華民), YI Bao-lian(衣寶90C康),et al.化學(xué)制氫技術(shù)研究進(jìn)展[].Progress in Chemisty(化學(xué)從圖2可以看出,甲醇的起始電解電壓低于去離子水的起進(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(duì)于水可以[3] ZHANC Ju-xing(張菊香), SHI Pengfei(史鵬飛), ZHANG Xim-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rong(張新榮) ,et al.燃料電池甲醇重整制氫研究進(jìn)股[J]. Battery度的下降。Bimonthly(電池), 2004,34(5):359 - 361.2.2 溫度的影響圖3為不同溫度下,2 mol/L的甲醇溶液電解的E.I曲線。收稿日期:2006-08 -11