Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Простая установка для демонстрации электролиза воды в домашних условиях
Батареи АА в стакане водопроводной воды с солью , показывая водород производится на отрицательной клемме

Электролиз воды - это процесс использования электричества для разложения воды на кислород и водород . Выделяемый таким образом газообразный водород можно использовать в качестве водородного топлива или смешивать с кислородом для созданиягазообразного кислорода , который используется при сварке и других применениях.

Электролиз, иногда называемый расщеплением воды , требует минимальной разности потенциалов 1,23 вольт .

История [ править ]

Устройство, изобретенное Иоганном Вильгельмом Риттером для разработки электролиза воды.

Ян Рудольф Дейман и Адриан Паэтс ван Троствейк использовали в 1789 году электростатическую машину для производства электричества, которое разряжалось на золотых электродах в лейденской банке с водой. [1] В 1800 году Алессандро Вольта изобрел гальваническую батарею , а несколько недель спустя английские ученые Уильям Николсон и Энтони Карлайл использовали ее для электролиза воды. В 1806 году Хамфри Дэви сообщил о результатах обширных экспериментов по электролизу дистиллированной воды, сделав вывод, что азотная кислотабыл получен на аноде из растворенного атмосферного азота. Он использовал высоковольтную батарею и нереактивные электроды и сосуды, такие как конусы золотых электродов, которые дублировались как сосуды, перекрытые влажным асбестом. [2] Когда Зеноб Грамм изобрел машину Грамма в 1869 году, электролиз воды стал дешевым методом производства водорода. Метод промышленного синтеза водорода и кислорода электролизом был разработан Дмитрием Лачиновым в 1888 году [3].

Принцип [ править ]

Источник питания постоянного тока подключен к двум электродам или двум пластинам (обычно сделанным из какого-либо инертного металла, такого как платина или иридий ), которые помещаются в воду. Водород появится на катоде (где электроны входят в воду), а кислород появится на аноде . [4] Предполагая идеальную фарадеевскую эффективность , количество генерируемого водорода вдвое превышает количество кислорода, и оба они пропорциональны общему электрическому заряду, проводимому раствором. [5] Однако во многих клетках возникают побочные реакции.возникают, что приводит к разным продуктам и менее идеальной фарадеевской эффективности.

Электролиз из чистой воды требует избыточной энергии в форме перенапряжения , чтобы преодолеть различные барьеры активации. Без избыточной энергии электролиз чистой воды происходит очень медленно или совсем не происходит. Отчасти это связано с ограниченной самоионизацией воды . Электрическая проводимость чистой воды составляет примерно одну миллионную, чем у морской. Многие электролитические ячейки могут также не иметь необходимых электрокатализаторов . Эффективность электролиза увеличивается за счет добавления электролита (например, соли , кислоты или основания) и использование электрокатализаторов .

В настоящее время электролитический процесс редко используется в промышленных приложениях, поскольку водород в настоящее время может быть более доступным для производства из ископаемого топлива . [6]

Уравнения [ править ]

Диаграмма, показывающая общее химическое уравнение .

В чистой воде на отрицательно заряженном катоде происходит реакция восстановления , при которой электроны (e - ) с катода передаются катионам водорода с образованием газообразного водорода. Полуреакции , сбалансирован с кислотой, является:

Восстановление на катоде: 2 H + ( водн. ) + 2e - → H 2 ( г )

На положительно заряженном аноде происходит реакция окисления , генерирующая газообразный кислород и отдающая электроны аноду для замыкания цепи:

Окисление на аноде: 2 H 2 O ( l ) → O 2 ( г ) + 4 H + ( водн. ) + 4e -

Те же полуреакции также могут быть уравновешены основанием, указанным ниже. Не все полуреакции необходимо уравновешивать кислотой или основанием. Многие из них, например, окисление или восстановление воды, перечисленные здесь. Чтобы добавить половину реакции, обе они должны быть сбалансированы кислотой или основанием. Кислотно-сбалансированные реакции преобладают в кислых (с низким pH) растворах, тогда как реакции со сбалансированным основанием преобладают в основных (с высоким pH) растворах.

Катод (восстановление):2 H 2 O ( л ) + 2e -→H 2 ( г ) + 2 OH - ( водн. )
Анод (окисление):2 OH - ( водн. )→1/2 O 2 ( г ) + H 2 O ( л ) + 2 e -

Объединение любой пары половин реакции приводит к одинаковому общему разложению воды на кислород и водород:

Общая реакция: 2 H 2 O ( л ) → 2 H 2 ( г ) + O 2 ( г ).

Таким образом, количество образующихся молекул водорода в два раза превышает количество молекул кислорода. Если предположить, что температура и давление для обоих газов одинаковы, полученный газообразный водород, следовательно, в два раза превышает объем произведенного газообразного кислорода. Количество электронов, проталкиваемых через воду, в два раза превышает количество генерируемых молекул водорода и в четыре раза больше количества генерируемых молекул кислорода.

Термодинамика [ править ]

Диаграмма Пурбе для воды, включая области равновесия для воды, кислорода и водорода на STP. Вертикальная шкала - это электродный потенциал водорода или невзаимодействующего электрода относительно электрода SHE , горизонтальная шкала - это pH электролита (в противном случае не взаимодействующий). Если пренебречь перенапряжением , над верхней линией равновесным условием является газообразный кислород, и кислород будет пузыриться с электрода до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Точно так же, ниже нижней линии, состояние равновесия - газообразный водород, и водород будет пузыриться с электрода до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.

Разложение чистой воды на водород и кислород при стандартной температуре и давлении неблагоприятно с термодинамической точки зрения.

Анод (окисление):2 H 2 O ( л )→O 2 ( г ) + 4 H + ( водн. ) + 4e -  E o = +1,23 В (для полууравнения приведения) [7]
Катод (восстановление):2 H + ( водн. ) + 2e -→H 2 ( г )E o = 0,00 В

Таким образом, стандартный потенциал водной электролизной ячейки (E o ячейка = E o катод - E o анод ) составляет -1,229 В при 25 ° C и pH 0 ([H + ] = 1,0 M). При 25 ° C и pH 7 ([H + ] = 1,0 × 10 -7 M) потенциал не изменяется на основании уравнения Нернста . Термодинамический стандартный потенциал ячейки может быть получен из расчетов свободной энергии в стандартном состоянии, чтобы найти ΔG °, а затем с помощью уравнения: ΔG ° = −n FE ° (где E ° - потенциал ячейки, а F - постоянная Фарадея., т.е. 96 485,332 1233 С / моль). Для двух электролизованных молекул воды и, следовательно, образования двух молекул водорода, n = 4, и ΔG ° = 474,48 кДж / 2 моль (вода) = 237,24 кДж / моль (вода), и ΔS ° = 163 Дж / К моль (вода), и ΔH ° = 571,66 кДж / 2 моль (вода) = 285,83 кДж / моль (вода) и, наконец, 141,86 МДж / кг (H 2 ). Однако расчеты потенциалов равновесия отдельных электродов требуют некоторых корректировок с учетом коэффициентов активности. [8]На практике, когда электрохимическую ячейку «доводят» до завершения путем приложения разумного потенциала, она контролируется кинетически. Следовательно, энергия активации, подвижность (диффузия) и концентрация ионов, сопротивление проволоки, поверхностное препятствие, включая образование пузырьков (вызывает закупорку площади электрода) и энтропия, требуют большего приложенного потенциала для преодоления этих факторов. Требуемая величина увеличения потенциала называется перенапряжением .

Выбор электролита [ править ]

Хоффман вольтаметр подключен к постоянному току источника питания

Если описанные выше процессы происходят в чистой воде, катионы H + будут потребляться / восстанавливаться на катоде, а анионы OH - потребляться / окисляться на аноде. Это можно проверить, добавив к воде индикатор pH : вода возле катода является щелочной, а вода около анода - кислой. Отрицательные ионы гидроксида, которые приближаются к аноду, в основном объединяются с положительными ионами гидроксония (H 3 O + ) с образованием воды. Положительные ионы гидроксония, которые приближаются к катоду, в основном объединяются с отрицательными ионами гидроксида с образованием воды. Относительно небольшое количество ионов гидроксония / гидроксида достигает катода / анода. Это может вызвать перенапряжение на обоих электродах.

Чистая вода является довольно хорошим изолятором, поскольку она имеет низкую автоионизацию , K w = 1,0 × 10 -14 при комнатной температуре, и, таким образом, чистая вода плохо проводит ток, 0,055 мкСм · см -1 . [9] Если не применяется очень большой потенциал, вызывающий увеличение автоионизации воды, электролиз чистой воды протекает очень медленно, ограничиваясь общей проводимостью.

При добавлении водорастворимого электролита проводимость воды значительно возрастает. Электролит распадается на катионы и анионы; анионы устремляются к аноду и нейтрализуют накопление там положительно заряженного H + ; аналогичным образом катионы устремляются к катоду и нейтрализуют накопление отрицательно заряженного ОН - там. Это обеспечивает непрерывный поток электричества. [10]

Электролит для электролиза воды [ править ]

При выборе электролита необходимо проявлять осторожность, поскольку анион электролита конкурирует с ионами гидроксида, отдавая электрон . Анион электролита с меньшим стандартным электродным потенциалом, чем гидроксид, будет окисляться вместо гидроксида, и газообразный кислород не будет образовываться. Катион с большим стандартным электродным потенциалом , чем ион водорода будет уменьшен вместо этого, и ни один газообразного водорода не будет производиться.

Следующие катионы имеют более низкий электродный потенциал, чем H +, и поэтому подходят для использования в качестве катионов электролита: Li + , Rb + , K + , Cs + , Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+ , Na + и Mg 2. + . Часто используются натрий и литий , так как они образуют недорогие растворимые соли.

Если в качестве электролита используется кислота , катионом является H + , и нет конкурента для H +, образованного в результате отделения воды. Наиболее часто используемый анион - сульфат ( SO2-
4), так как он очень трудно окисляется, при этом стандартный потенциал окисления этого иона до пероксидисульфат- иона составляет +2,010 вольт. [11]

Сильные кислоты, такие как серная кислота (H 2 SO 4 ), и сильные основания, такие как гидроксид калия (KOH) и гидроксид натрия (NaOH), часто используются в качестве электролитов из-за их сильной проводящей способности.

Также можно использовать твердый полимерный электролит, такой как нафион, и при нанесении специального катализатора на каждую сторону мембраны может эффективно расщеплять молекулу воды всего лишь с 1,5 вольт. Несколько других систем с твердыми электролитами были испытаны и разработаны с несколькими системами электролиза, которые сейчас коммерчески доступны, в которых используются твердые электролиты. [12]

Электролиз чистой воды [ править ]

Основная статья: Виртуальный механизм разрушения

Безэлектролитный электролиз чистой воды был достигнут за счет использования электрохимических ячеек с наноразмерными зазорами с глубокой субдебаевской зоной . Когда зазор между катодом и анодом даже меньше, чем длина Дебая (1 микрон в чистой воде, около 220 нм в дистиллированной воде), области двойного слоя от двух электродов могут перекрываться друг с другом, что приводит к равномерно сильному электрическому полю, распределенному внутри весь разрыв. Такое сильное электрическое поле может значительно улучшить перенос ионов внутри воды (в основном из-за миграции), дополнительно усиливая самоионизацию воды и поддерживая протекание всей реакции, а также показывая небольшое сопротивление между двумя электродами. В этом случае две полуреакциисвязаны вместе и ограничиваются этапами переноса электрона (ток электролиза насыщается при дальнейшем уменьшении расстояния между электродами). [13]

Методы [ править ]

Основная статья: Разделение воды

Фундаментальная демонстрация [ править ]

Два провода , идущие от клемм батареи, помещаются в чашку с водой с некоторым количеством электролита, чтобы установить проводимость в растворе. Использование NaCl (поваренной соли) в растворе электролита приводит к образованию газообразного хлора, а не кислорода из-за конкурирующей полуреакции . При использовании правильных электродов и правильного электролита, такого как пищевая сода ( бикарбонат натрия ), газообразные водород и кислород будут вытекать из противоположно заряженных электродов . Кислород будет собираться на положительно заряженном электроде ( аноде ), а водород будет собираться на отрицательно заряженном электроде ( катоде ). Обратите внимание, что водород положительно заряжен в H 2Молекула O, поэтому она попадает на отрицательный электрод. (И наоборот для кислорода.)

Обратите внимание, что водный раствор воды с ионами хлорида при электролизе приведет либо к ОН - если концентрация Cl - низкая, либо к выделению предпочтительно газообразного хлора, если концентрация Cl - больше 25% по массе в решение.

Тест соответствия, используемый для обнаружения присутствия газообразного водорода

Вольтаметр Гофмана [ править ]

Основная статья: вольтаметр Гофмана

Вольтаметр Хофмана часто используется в качестве малогабаритной электролитической ячейки. Он состоит из трех соединенных вертикальных цилиндров. Внутренний цилиндр открыт вверху, что позволяет добавлять воду и электролит. Платины электрод помещаются в нижней части каждого из двух боковых цилиндров, соединенного с положительными и отрицательными выводами источника электроэнергии . Когда ток пропускается через вольтаметр Хофмана, на аноде (положительный) образуется газообразный кислород, а на катоде (отрицательный) образуется газообразный водород . Каждый газ вытесняет воду и собирают в верхней части два наружных труб, где оно может быть отсасывают с запорным краном.

Промышленное [ править ]

Многие промышленные электролизеры очень похожи на вольтаметры Хофмана со сложными платиновыми пластинами или сотами в качестве электродов. Как правило, водород преднамеренно получают путем электролиза только для конкретной точки использования, например, в случае с кислородно-водородными горелками или когда требуется водород или кислород чрезвычайно высокой чистоты . Подавляющее большинство водорода производится из углеводородов и, как следствие, содержит следовые количества окиси углерода среди других примесей. Примесь окиси углерода может быть вредной для различных систем, включая многие топливные элементы .

Высокое давление [ править ]

Основная статья: Электролиз под высоким давлением

Электролиз под высоким давлением - это электролиз воды с выходом сжатого водорода около 12–20 МПа (120–200 бар , 1740–2900 фунтов на кв . Дюйм ). [14] Путем повышения давления водорода в электролизере отпадает необходимость во внешнем компрессоре водорода ; средний расход энергии на внутреннее сжатие составляет около 3%. [15]

Высокотемпературный [ править ]

Основная статья: Высокотемпературный электролиз

Высокотемпературный электролиз (также HTE или паровой электролиз) - это метод, который в настоящее время исследуется для электролиза воды с помощью теплового двигателя . Высокотемпературный электролиз может быть предпочтительнее традиционного электролиза при комнатной температуре, потому что часть энергии поставляется в виде тепла, что дешевле, чем электричество, и потому, что реакция электролиза более эффективна при более высоких температурах. [16] [17]

Щелочная вода [ править ]

Основная статья: Электролиз щелочной воды

Мембрана из полимерного электролита [ править ]

Основная статья: Полимерный электролитный мембранный электролиз

Никель / железо [ править ]

В 2014 году исследователи объявили о системе электролиза, сделанной из недорогих и широко распространенных никеля и железа, а не из катализаторов из драгоценных металлов, таких как платина или иридий. Структура никель-металл / оксид никеля более активна, чем чистый металлический никель или чистый оксид никеля. Катализатор значительно снижает необходимое напряжение . [18] [19] Также изучаются никель-железные батареи для использования в качестве комбинированных батарей и электролиза для производства водорода. Эти «баттолизеры» можно было заряжать и разряжать, как обычные батареи, и они производили бы водород при полной зарядке. [20]

Электрохимические ячейки с нанозазором [ править ]

Основная статья: Виртуальный механизм разрушения

В 2017 году исследователи сообщили об использовании электрохимических ячеек с наноразмерными промежутками для достижения высокоэффективного электролиза чистой воды без электролитов при комнатной температуре. В электрохимических ячейках с наноразмерной щелью два электрода расположены так близко друг к другу (даже меньше, чем длина Дебая в чистой воде), что скорость массопереноса может быть даже выше, чем скорость переноса электрона, что приводит к двум половинным реакциям, связанным вместе и ограничен шагом переноса электрона. Эксперименты показывают, что плотность электрического тока при электролизе чистой воды может быть даже больше, чем при 1 моль / л раствора гидроксида натрия. Механизм, «Механизм виртуального пробоя», полностью отличается от хорошо известной традиционной электрохимической теории из-за такого эффекта размера наноразмеров.[13]

Приложения [ править ]

Около пяти процентов газообразного водорода, производимого во всем мире, создается путем электролиза. В настоящее время большинство промышленных методов производят водород из природного газа в процессе парового риформинга . Большая часть водорода, получаемого при электролизе, является побочным продуктом при производстве хлора и каустической соды . Это яркий пример борьбы за побочную реакцию .

2NaCl + 2H 2 O → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

В процессе хлорщелочного (электролиз рассола) смесь хлористого вода / натрия составляет только половине электролиза воды , так как хлориды ионы окисляют до хлора , а не воды окисляется с кислородом. С термодинамической точки зрения этого не следует ожидать, поскольку окислительный потенциал иона хлорида меньше, чем у воды, но скорость реакции хлорида намного выше, чем у воды, что приводит к его преобладанию. Водород, полученный в результате этого процесса, сжигается (превращается обратно в воду), используется для производства специальных химикатов или для различных других небольших применений.

Электролиз воды также используется для производства кислорода для Международной космической станции . [21] [22]

Позже водород может быть использован в топливном элементе как способ хранения энергии и воды. [23]

Эффективность [ править ]

Промышленная продукция [ править ]

Эффективность современных генераторов водорода измеряется количеством энергии, потребляемой на стандартный объем водорода (МДж / м 3 ), принимая стандартные температуру и давление H 2 . Чем ниже энергия, используемая генератором, тем выше будет его КПД; 100% -ный электролизер потребляет 39,4 киловатт-часов на килограмм (142 МДж / кг) водорода , [24] 12 749 джоулей на литр (12,75 МДж / м 3 ). Практический электролиз (с использованием вращающегося электролизера при давлении 15 бар) может потреблять 50 кВт⋅ч / кг (180 МДж / кг) и еще 15 кВт⋅ч (54 МДж), если водород сжимается для использования в водородных автомобилях. [25]

Поставщики электролизеров предоставляют значения эффективности на основе энтальпии . Чтобы оценить заявленный КПД электролизера, важно установить, как он был определен производителем (т.е. какое значение энтальпии, какая плотность тока и т. Д.).

На рынке доступны две основные технологии: электролизеры с щелочной и протонообменной мембраной (PEM). Щелочные электролизеры дешевле с точки зрения инвестиций (обычно в них используются никелевые катализаторы), но менее эффективны; Электролизеры PEM, наоборот, более дорогие (в них обычно используются дорогие катализаторы на основе металлов платиновой группы), но они более эффективны и могут работать при более высоких плотностях тока и, следовательно, могут быть дешевле, если производство водорода достаточно велико.

Обычный щелочной электролиз имеет эффективность около 70%. [26] С учетом принятого использования более высокой теплотворной способности (поскольку неэффективность за счет тепла может быть перенаправлена ​​обратно в систему для создания пара, необходимого для катализатора), средняя рабочая эффективность электролиза PEM составляет около 80%. [27] [28] Ожидается, что к 2030 году этот показатель возрастет до 82–86% [29]. Теоретическая эффективность электролизеров на основе ПЭМ прогнозируется на уровне 94%. [30]

Себестоимость добычи H 2 (не облагается налогом в размере $ -гг) при различных ценах на природный газ

Учитывая промышленное производство водорода и использование лучших в настоящее время процессов электролиза воды (PEM или щелочной электролиз), которые имеют эффективный электрический КПД 70–80%, [31] [32] [33] производят 1 кг водорода (который имеет удельная энергия 143 МДж / кг) требует 50-55 kW⋅h (180-200 МДж) электроэнергии. При стоимости электроэнергии 0,06 доллара США / кВт · ч, как указано в целях производства водорода Министерством энергетики США на 2015 год [34], стоимость водорода составляет 3 доллара США / кг. С диапазоном цен на природный газ с 2016 года, как показано на графике ( Дорожная карта группы специалистов по производству водорода, ноябрь 2017 г.Если стоимость водорода парового риформинга в метан (SMR) составляет от 1,20 до 1,50 доллара, то себестоимость водорода путем электролиза все еще превышает вдвое целевые цены на водород DOE на 2015 год. Целевая цена Министерства энергетики США на водород в 2020 г. составляет 2,30 долл. США / кг, при этом стоимость электроэнергии составляет 0,037 долл. США / кВт · ч, что является достижимым с учетом тендеров PPA 2018 [35] для ветровой и солнечной энергии во многих регионах. Это ставит целевую задачу по распределению H 2 в 4 доллара за галлон бензина в пределах досягаемости и приближает к несколько завышенным затратам на добычу природного газа для SMR.

В других частях света цена на водород SMR составляет в среднем 1–3 доллара за кг. Это делает производство водорода путем электролиза конкурентоспособным по стоимости уже во многих регионах, как указано в Nel Hydrogen [36] и других, включая статью IEA [37], в которой рассматриваются условия, которые могут привести к конкурентному преимуществу электролиза.

Перенапряжение [ править ]

Настоящие водные электролизеры требуют более высокого напряжения для протекания реакции. Часть, превышающая 1,23 В [38] , называется перенапряжением или перенапряжением и представляет собой любые потери и неидеальность электрохимического процесса.

Для хорошо спроектированной ячейки самым большим перенапряжением является перенапряжение реакции четырехэлектронного окисления воды до кислорода на аноде; электрокатализаторы могут облегчить эту реакцию, и сплавы платины представляют собой современный уровень техники для этого окисления. Разработка дешевого, эффективного электрокатализатора для этой реакции была бы большим достижением и является предметом текущих исследований; Есть много подходов, среди них 30-летний рецепт молибдена сульфида , [39] графен квантовых точек , [40] углеродные нанотрубки , [19] перовскита , [41] и никель / никель-оксид. [42][43] Три-молибден фосфид (Mo3P) недавно был обнаружен как многообещающий кандидат на недрагоценный металл и богатый землей с выдающимися каталитическими свойствами, который можно использовать в электрокаталитических процессах. Каталитические характеристики наночастиц Mo3P проверены в реакции выделения водорода (HER), что указывает на начальный потенциал всего 21 мВ, скорость образования H2 и плотность тока обмена 214,7 мкмоль с-1 г-1 кат (всего при 100 мВ). перенапряжение в мВ) и 279,07 мкА / см2, соответственно, что является одним из самых близких значений, наблюдаемых для платины. [44] [45] Более простая двухэлектронная реакция для производства водорода на катоде может быть подвергнута электрокатализу почти без перенапряжения платиной или, теоретически, ферментом гидрогеназы.. Если для катода используются другие, менее эффективные материалы (например, графит ), появятся большие перенапряжения.

Термодинамика [ править ]

Электролиз воды в стандартных условиях требует теоретического минимума 237 кДж подводимой электрической энергии для диссоциации каждого моля воды, что является стандартной свободной энергией Гиббса образования воды. Также требуется энергия, чтобы преодолеть изменение энтропии реакции. Следовательно, процесс не может продолжаться ниже 286 кДж на моль, если не добавляется внешнее тепло / энергия.

Поскольку на каждый моль воды требуется два моля электронов , и учитывая, что постоянная Фарадея F представляет собой заряд одного моля электронов (96485 Кл / моль), следует, что минимальное напряжение, необходимое для электролиза, составляет около 1,23 В. [46] Если электролиз проводится при высокой температуре, это напряжение снижается. Это позволяет электролизеру работать с электрическим КПД более 100%. В электрохимических системах это означает, что в реактор необходимо подводить тепло для поддержания реакции. Таким образом, тепловая энергия может использоваться для части потребности в энергии электролиза. [47]Подобным образом необходимое напряжение может быть уменьшено (ниже 1 В), если топливо (например, углерод, спирт, биомасса) вступает в реакцию с водой (электролизер на основе PEM при низкой температуре) или ионами кислорода (электролизер на основе твердого оксидного электролита при высокой температуре. ). Это приводит к тому, что часть энергии топлива используется для «помощи» процессу электролиза и может снизить общую стоимость производимого водорода. [48]

Однако, учитывая компонент энтропии (и другие потери), для протекания реакции при практических плотностях тока ( термонейтральное напряжение ) требуются напряжения более 1,48 В.

В случае электролиза воды свободная энергия Гиббса представляет собой минимальную работу, необходимую для протекания реакции, а энтальпия реакции - это количество энергии (как работы, так и тепла), которое необходимо обеспечить, чтобы продукты реакции имели одинаковую температуру. в качестве реагента (т.е. стандартная температура для значений, указанных выше). Потенциально электролизер, работающий при 1,48 В, будет эффективен на 100%. [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Электрохимия
  • Электрохимическая ячейка
  • Электрохимическая инженерия
  • Электролиз
  • Установка для крекинга газа
  • Производство водорода
  • Норил
  • Фотокаталитическое расщепление воды
  • Хронология водородных технологий
  • Очистка воды

Ссылки [ править ]

  1. ^ Леви, Р. де (октябрь 1999 г.). «Электролиз воды». Журнал электроаналитической химии . 476 (1): 92–93. DOI : 10.1016 / S0022-0728 (99) 00365-4 .[ мертвая ссылка ]
  2. ^ Дэви, Джон, изд. (1839). «О некоторых химических предприятиях электроэнергетики» . Собрание сочинений сэра Хэмфри Дэви . 5 . С. 1–12.
  3. ^ А.Н.Лачинов Дмитрий Александрович Дата архивации 26 июля 2011 в Wayback Machine в Большом Кириллу и Мефодию энциклопедии (на русском языке )
  4. ^ Zumdahl, Стивен S .; Зумдал, Сьюзан А. (1 января 2013 г.). Химия (9-е изд.). Cengage Learning . п. 866. ISBN 978-1-13-361109-7.
  5. ^ Кармо, М; Fritz D; Mergel J; Столтен Д. (2013). «Комплексный обзор электролиза воды PEM». Журнал водородной энергетики . 38 (12): 4901–4934. DOI : 10.1016 / j.ijhydene.2013.01.151 .
  6. ^ «Основы водорода - Производство» . Флоридский центр солнечной энергии. 2007. Архивировано 18 февраля 2008 года . Проверено 5 февраля 2008 года .
  7. ^ стандартный электродный потенциал (страница данных)
  8. ^ Колли, АН; и другие. (2019). «Недрагоценные электроды для практического электролиза щелочной воды» . Материалы . 12 (8): 1336. DOI : 10,3390 / ma12081336 . PMC 6515460 . PMID 31022944 .  
  9. ^ Свет, Трумэн S .; Лихт, Стюарт; Bevilacqua, Anthony C .; Мораш, Кеннет Р. (1 января 2005 г.). «Основные проводимость и удельное сопротивление воды». Электрохимические и твердотельные письма . 8 (1): E16 – E19. DOI : 10.1149 / 1.1836121 . ISSN 1099-0062 . S2CID 54511887 .  
  10. ^ Полинг, Линус (1970) Общая химия , раздел 15-2. Сан-Франциско.
  11. ^ Справочник по химии и физике CRC: готовый справочник химических и физических данных . Хейнс, Уильям М. (93-е изд., Изд. 2012-2013 гг.). Бока-Ратон, Флорида: CRC. 2012. ISBN 9781439880494. OCLC  793213751 .CS1 maint: другие ( ссылка )
  12. ^ Бадвал, СПС; Гиддей С; Маннингс С. (2012). «Производство водорода твердыми электролитическими способами» . ПРОВОДА Энергия и окружающая среда . 2 (5): 473–487. DOI : 10.1002 / wene.50 . Архивировано 2 июня 2013 года . Проверено 23 января 2013 года .
  13. ^ а б Ван, Ифэй; Нараянан, SR; Ву, Вэй (11 июля 2017 г.). «Полевое расщепление чистой воды на основе глубоко-субдебаевских наноразмерных электрохимических ячеек». ACS Nano . 11 (8): 8421–8428. DOI : 10.1021 / acsnano.7b04038 . ISSN 1936-0851 . PMID 28686412 .  
  14. ^ 2001-Электролиз под высоким давлением - ключевая технология для эффективного H.2 [ мертвая ссылка ]
  15. ^ Гош, ПК; Эмонтс, B; Janßen, H; Мергель, Дж; Столтен, Д. (2003). «Десятилетний опыт эксплуатации системы возобновляемой энергии на основе водорода» (PDF) . Солнечная энергия . 75 (6): 469–478. Bibcode : 2003SoEn ... 75..469G . DOI : 10.1016 / j.solener.2003.09.006 . Архивировано 27 марта 2009 года. CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  16. ^ «Высокотемпературный электролиз с использованием SOEC» . Hi2h2. Архивировано 3 марта 2016 года . Дата обращения 5 мая 2016 .
  17. ^ "WELTEMPWater Электролиз при повышенных температурах" . Weltemp.eu. 31 декабря 2010. Архивировано 3 марта 2016 года . Дата обращения 5 мая 2016 .
  18. ^ «Недорогой водоразделитель, работающий от обычной батарейки AAA» . KurzweilAI . 22 августа 2014 года. Архивировано 16 апреля 2015 года . Проверено 11 апреля 2015 года .
  19. ^ а б Гонг, Мин; Чжоу, Ву; Цай, Мон-Че; Чжоу, Цзиган; Гуань, Минъюнь; Линь, Мэн-Чанг; Чжан, Бо; Ху, Юнфэн; Ван, Ди-Ян; Ян, Цзян; Pennycook, Стивен Дж .; Хван, Бинг-Джо; Дай, Хунцзе (2014). «Наноразмерные гетероструктуры оксид никеля / никель для активного электрокатализа выделения водорода» . Nature Communications . 5 : 4695. Bibcode : 2014NatCo ... 5.4695G . DOI : 10.1038 / ncomms5695 . PMID 25146255 . 
  20. ^ Малдер, FM; и другие. (2017). «Эффективное хранение электроэнергии с баттолизером, интегрированной Ni-Fe-батареей и электролизером» . Энергетика и экология . 10 (3): 756–764. DOI : 10.1039 / C6EE02923J .
  21. ^ "Сделать космос более безопасным с помощью электролиза" . ASME . Архивировано 15 мая 2012 года . Проверено 26 мая 2012 года .
  22. ^ "Дышать легко на космической станции" . НАСА Наука. Архивировано 19 мая 2012 года . Проверено 26 мая 2012 года .
  23. ^ "Солнечный водородный водонагреватель на топливных элементах (образовательный стенд)" . Архивировано 8 августа 2016 года . Проверено 9 сентября 2017 года - через Scribd .
  24. ^ Лука Бертуччиоли; и другие. (7 февраля 2014 г.). «Развитие электролиза воды в Европейском Союзе» (PDF) . Заказчик Совместное предприятие по топливным элементам и водороду .
  25. ^ Stensvold, Торе (26 января 2016). «Coca-Cola-oppskrift» kan gjøre Hydrogen til nytt norsk Industrieventyr. Архивировано 5 марта 2016 года в Wayback Machine . Teknisk Ukeblad ,.
  26. ^ Stolten, Детлеф (4 января 2016). Водородная наука и техника: материалы, процессы, системы и технологии . Джон Вили и сыновья. п. 898. ISBN 9783527674299. Архивировано 22 апреля 2018 года . Проверено 22 апреля 2018 года .
  27. ^ Bernholz Ян (13 сентября 2018). «Предыдущие, текущие и возможные будущие приложения RWE для хранения энергии» (PDF) . RWE . п. 10. Общий КПД: 70% или 86% (использование отработанного тепла)
  28. ^ «ITM - Инфраструктура заправки водородом - февраль 2017 г.» (PDF) . level-network.com . Архивировано 17 апреля 2018 года (PDF) . Проверено 17 апреля 2018 года .
  29. ^ "Снижение затрат и повышение производительности электролизеров PEM" (PDF) . Европа (веб-портал). Архивировано 17 апреля 2018 года (PDF) . Проверено 17 апреля 2018 года .
  30. ^ Бьёрнар Крузе; Сондре Гринна; Като Бух (13 февраля 2002 г.). «Водород - состояние и возможности» (PDF) . Фонд Беллона. п. 20. Архивировано 16 сентября 2013 года. CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  31. ^ Вернер Циттель; Райнхольд Вурстер (8 июля 1996 г.). «Глава 3: Производство водорода. Часть 4: Производство электроэнергии с помощью электролиза» . HyWeb: Знание - Водород в энергетическом секторе . Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH. Архивировано 7 февраля 2007 года . Проверено 14 января 2006 года .
  32. ^ Бьёрнар Крузе; Сондре Гринна; Като Бух (13 февраля 2002 г.). «Водород - состояние и возможности» . Фонд Беллона. Архивировано из оригинального (PDF) 2 июля 2011 года. Коэффициенты эффективности для электролизеров PEM прогнозируются до 94%, но в настоящее время это только теоретически.
  33. ^ «Высокоскоростной и высокоэффективный 3D-электролиз воды» . Grid-shift.com. Архивировано из оригинального 22 марта 2012 года . Проверено 13 декабря 2011 года .
  34. ^ "Технические цели Министерства энергетики США для производства водорода путем электролиза" . energy.gov . Министерство энергетики США. Архивировано 23 апреля 2018 года . Проверено 22 апреля 2018 года .
  35. ^ Соизволил, Джейсон. «Xcel привлекает« беспрецедентно »низкими ценами на солнечную и ветровую энергию в сочетании с накопителями» . greentechmedia.com . Вуд Маккензи. Архивировано 4 февраля 2018 года . Проверено 22 апреля 2018 года .
  36. ^ «Широкое распространение конкурентного водородного решения» (PDF) . nelhydrogen.com . Nel ASA. Архивировано 22 апреля 2018 года (PDF) . Проверено 22 апреля 2018 года .
  37. ^ Филибер, Седрик. «Комментарий: Производство промышленного водорода из возобновляемых источников энергии» . iea.org . Международное энергетическое агентство. Архивировано 22 апреля 2018 года . Проверено 22 апреля 2018 года .
  38. ^ 1,23 В - стандартный потенциал; в нестандартных условиях он может быть разным, в частности, уменьшается с температурой.
  39. ^ Кибсгаард, Якоб; Харамилло, Томас Ф .; Безенбахер, Флемминг (2014). «Создание соответствующего мотива активного центра в катализаторе выделения водорода с кластерами тиомолибдата [Mo 3 S 13 ] 2- » . Химия природы . 6 (3): 248–253. Bibcode : 2014NatCh ... 6..248K . DOI : 10.1038 / nchem.1853 . PMID 24557141 . 
  40. ^ Фэй, Хуэйлун; Е, Руцюань; Е, Гунлань; Гонг, Юнцзи; Пэн, Чживэй; Фань, Сюцзюнь; Самуэль, Эррол LG; Ajayan, Pulickel M .; Тур, Джеймс М. (2014). «Квантовые точки графена, легированные бором и азотом, / гибридные нанопластинки графена как эффективные электрокатализаторы для восстановления кислорода». ACS Nano . 8 (10): 10837–43. DOI : 10.1021 / nn504637y . PMID 25251218 . 
  41. ^ Луо, Дж .; Im, J.-H .; Mayer, MT; Schreier, M .; Назируддин, МК; Парк, Н.-Г .; Тилли, SD; Fan, HJ; Гратцель, М. (2014). «Фотолиз воды с эффективностью 12,3% с помощью перовскитных фотоэлектрических элементов и катализаторов, доступных на Земле». Наука . 345 (6204): 1593–1596. Bibcode : 2014Sci ... 345.1593L . DOI : 10.1126 / science.1258307 . PMID 25258076 . 
  42. ^ Shwartz, Марк (22 августа 2014). «Ученые Стэнфорда разработали водоразделитель, работающий от обычной батареи AAA» . News.stanford.edu. Архивировано 16 апреля 2016 года . Дата обращения 5 мая 2016 .
  43. ^ «Ученые разработали водоразделитель, работающий от обычной батареи AAA» . Technology.org. 25 августа 2014 . Дата обращения 5 мая 2016 .
  44. ^ Кондори Алиреза (2 мая 2019). «Выявление каталитических активных центров тримолибдена фосфида (Mo3P) для электрохимического выделения водорода» . Современные энергетические материалы . AdvancedEnergyMaterials. 9 (22): 1900516. DOI : 10.1002 / aenm.201900516 .
  45. ↑ Ши, Яньмэй (25 января 2016 г.). «Последние достижения в наноматериалах фосфидов переходных металлов: синтез и применение в реакции выделения водорода». Обзоры химического общества . ChemicalSocietyReviews. 45 (6): 1529–1541. DOI : 10.1039 / C5CS00434A . PMID 26806563 . 
  46. ^ Хайман Д. Гессер (2002). Прикладная химия . Springer. С. 16–. ISBN 978-0-306-46700-4. Проверено 18 декабря 2011 года .
  47. ^ Бадвал, Сухвиндер PS; Гидди, Сарбджит; Маннингс, Кристофер (сентябрь 2013 г.). «Производство водорода твердыми электролитическими способами». Междисциплинарные обзоры Wiley: Энергия и окружающая среда . 2 (5): 473–487. DOI : 10.1002 / wene.50 . S2CID 135539661 . 
  48. ^ Бадвал, Сухвиндер PS; Giddey, Sarbjit S .; Маннингс, Кристофер; Bhatt, Anand I .; Холленкамп, Энтони Ф. (24 сентября 2014 г.). «Новые технологии электрохимического преобразования и хранения энергии (открытый доступ)» . Границы химии . 2 : 79. Bibcode : 2014FrCh .... 2 ... 79B . DOI : 10.3389 / fchem.2014.00079 . PMC 4174133 . PMID 25309898 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • «Электролиз воды» . Эксперименты по электрохимии . Проверено 20 ноября 2005 года .
  • «Электролиз воды» . Сделайте Chem 044 . Архивировано из оригинального 14 марта 2006 года . Проверено 20 ноября 2005 года .
  • EERE 2008 - Исследование торговли 100 кг H2 / день
  • NREL 2006 - Технический отчет по электролизу