[发明专利]一种基于质子交换膜电解水的制氢方法

说明书

本发明公开了一种基于质子交换膜电解水的制氢方法，涉及电解水制氢领域，该基于质子交换膜电解水的制氢方法，包括以下步骤，S1、构建PEM电解池，并在PEM电解池的内部安装具备通信功能的压强传感单元；S2、制取蒸馏水，并且对蒸馏水进行汽化，形成高温状态的水蒸气；S3、对水蒸气进行降温，将水蒸气的温度维持在120度；S4、水蒸气通入PEM电解池中，在电解池的两个电极之间输入直流压，展开析氢作业；S5、在PEM电解池内部持续输出氢气后，对输出的氢气进行气液分离。通过泄压装置对PEM电解池内部进行自动降压，使PEM电解池内部的压强一直保持在预设的范围内，进而使得反应能够一直预设的压强范围内进行，使电解水反应一直保持在较高的效率。

技术领域

本发明涉及电解水制氢领域，特别涉及一种基于质子交换膜电解水的制氢方法。

背景技术

氢能与清洁一次能源构成的能源系统被认为是最有希望替代化石燃料的能源体系。当今工业上大规模制氢方法主要有甲烷蒸汽重整(SMR)和电解水制氢。甲烷蒸汽重整是目前最经济的大规模制氢方法，但其消耗大量化石燃料，产生大量二氧化碳。目前常规碱性电解水制氢技术成本较高、总制氢效率较低而且大部分发电过程也消耗化石燃料排放CO2。但电解水制氢技术工艺过程简单、产品纯度高，若结合高效清洁一次能源构成电解水制氢系统将最有潜力满足未来氢经济需求。

按电解质性质的不同，电解水制氢技术主要有三种:碱液、质子交换膜(PEM)和固体氧化物水电解器技术，以PEM作为电解质的水电解器能在1～3A/cm2的高电流密度下工作，体积小、效率高，生成的氢气纯度可高达到99.999％，被认为是最有前景的水电解技术，适合应用于电子、冶金、发电、燃料电池、仪器分析等行业，还可与燃料电池相结合构成再生式燃料电池，用于无人驾驶飞机、潜艇、空间站等场所。

现有的基于质子交换膜电解水的制氢方法中，PEM电解池内的工作压强由于电解水反应的不断进行，一直处于上下波动的状态下，而压强是影响电解水效率的关键性指标，这就导致电解水的速度一直不能处于较高的水平上，降低了制氢的效率。

发明内容

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于质子交换膜电解水的制氢方法，包括以下步骤，步骤S1、构建PEM电解池，并在PEM电解池的内部安装具备通信功能的压强传感单元；步骤S2、制取蒸馏水，并且对蒸馏水进行汽化，形成高温状态的水蒸气；步骤S3、对水蒸气进行降温，将水蒸气的温度维持在120度；步骤S4、水蒸气通入PEM电解池中，在电解池的两个电极之间输入直流压，展开析氢作业；步骤S5、在PEM电解池内部持续输出氢气后，对输出的氢气进行气液分离；步骤S6、对析出的氢气进行干燥冷却，去除氢气中所附带的水分，之后对氢气进行压缩，将之储存在储氢设备中。

进一步的，在步骤S4中，还包括以下步骤，步骤S41、监测PEM电解池的工作压强，对监测结果进行记录，形成监测值；根据记录的监测值建立工作压强数据库；步骤S42、为PEM电解池内部设置压强预警值；步骤S43、调取数据库内储存的工作压强数据以及本次工作压强的数据，对下一监测周期内的工作压强进行预测，输出预测值；步骤S44、调取预测值以及监测值与预警值分别进行对比，输出对比结果；步骤S45、根据对比结果，自动启动降压装置对PEM电解池进行降压。步骤S3之后还包括步骤S31、通过气液分离器对产生的水蒸气进行气液分离。

进一步的，在步骤S4中，直流电压在1.299V与1.481V之间。

进一步的，在步骤S1的基础上，还包括步骤S11，在PEM电解池的外部设置有热量补偿装置，对PEM电解池的热量散失进行补偿。

进一步的，在步骤S41中，压强监测周期为1分钟。

进一步的，在步骤S4中，所述PEM电解池的反应温度为110度～130度。

进一步的，在步骤S1至步骤S6中，PEM水电解池的流场板的表面通过离子溅射法涂覆有铂防护层。