隨著氫能的不斷探索開(kāi)發(fā)，相關(guān)制氫的技術(shù)也有很多，但在很多實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)氫量超過(guò)了大家計(jì)算的理論值，這些實(shí)驗(yàn)大家有人認(rèn)為是失敗，或者由其他因素會(huì)有影響。

如今我們?cè)趶氖翽EM電解水的開(kāi)發(fā)研究過(guò)程中，同樣也發(fā)現(xiàn)了采用排水法測(cè)量的氫氣超過(guò)了大家計(jì)算的理論值，于是我們通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)排除了各個(gè)問(wèn)題，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)氫量的測(cè)試結(jié)果與大家所測(cè)量的結(jié)果差異不大，測(cè)試結(jié)果為11ml/min*A*cm²。

問(wèn)題來(lái)了，我重新整理計(jì)算了理論產(chǎn)氫量，計(jì)算結(jié)果為13.971ml/min*A*cm²，這一點(diǎn)與大家計(jì)算的結(jié)果有差異，以下為我們的計(jì)算過(guò)程，如有問(wèn)題請(qǐng)指正。

根據(jù)電解水制氫的反應(yīng)式為:

2H₂O+2e=2H₂+O₂；H₂O+e=H₂+O₂/2

通過(guò)上式可知1個(gè)水分子+2個(gè)電子分解為1個(gè)氫分子+1/2個(gè)氧分子，通常我們是給PEM電解槽通的是直流電，按照上海澎藍(lán)測(cè)試數(shù)據(jù)為1.65V/cm²*A為例，該參數(shù)表示每平方厘米通過(guò)1A電流是電解槽電壓為1.65V。那么這里我們便以1A的電流計(jì)算每平方厘米的產(chǎn)氫量。

那么安培與電子之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為 :

1A=1C/s （C為庫(kù)倫數(shù)）

庫(kù)倫的定義：若導(dǎo)線中載有1安培的穩(wěn)定電流，則在1秒內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電量為1庫(kù)侖。

一個(gè)電子所帶負(fù)電荷量e=1.602176634×10^-19庫(kù)侖，也就是說(shuō)1庫(kù)侖相當(dāng)于6.24150974×10¹⁸個(gè)電子所帶的電荷總量。

通過(guò)以上定義我們可以看出通過(guò)1cm²面積的電子速度為于6.24150974×10¹⁸(個(gè)/s)；

根據(jù)電解水制氫的反應(yīng)式H₂O+e=H₂+O₂/2，也就是說(shuō)理論上有6.24150974×10¹⁸(個(gè)/s)電子參與反應(yīng)生產(chǎn)了氫氣，那么氫氣的數(shù)量應(yīng)該為6.24150974×10¹⁸(個(gè)/s)氫分子產(chǎn)生(根據(jù)反應(yīng)式這些電子其實(shí)供給了氧分子形成了共價(jià)鍵，氫氣用的電子來(lái)源于水里的電子)。

氫分子數(shù)量計(jì)算出來(lái)了，那我們?nèi)绾无D(zhuǎn)換為熟悉的ml/s或者ml/min，這里我們引進(jìn)摩爾的定義——國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)決議，1摩爾將定義為“精確包含6.02214076×1023個(gè)原子或分子等基本單元的系統(tǒng)的物質(zhì)的量。與此同時(shí)確定了阿伏伽德羅常數(shù)NA為6.02214076×1023。

1cm²產(chǎn)生的氫氣摩爾=氫分子數(shù)量/摩爾數(shù)

1cm²產(chǎn)生的氫氣摩爾=

6.24150974×10¹⁸(個(gè)/s)/ 6.02214076×1023個(gè)/mol

=1.0362×10^-5mol/s

查資料可知：氫氣的摩爾質(zhì)量為2g/mol，那么

1cm²產(chǎn)生的氫氣摩爾x摩爾質(zhì)量=1cm²產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量流量

1.0362×10^-5mol/s×2g/mol

=2.0724×10^-5g/s=0.020724mg/s

=1.24344mg/min

氫氣的密度為0.089kg/m³=0.089g/L=0.089mg/ml，那么1cm²產(chǎn)生的氫氣體積流量為:

1cm²產(chǎn)生的氫氣體積流量=1cm²產(chǎn)生的氫氣質(zhì)量流量/氫氣密度

1.24344（mg/min）/0.089（mg/ml）=13.971ml/min

以上為理論產(chǎn)氫量。

那么，我測(cè)試的結(jié)果為11ml/min*A*cm²，則轉(zhuǎn)換效率為：

11/13.971=0.7874=78.74%

來(lái)源：澎籃氫能

原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦氫科技網(wǎng)）：PEM電解水制氫產(chǎn)氫量計(jì)算