平管式固体氧化物电解池、电解海水制氢装置及电解制氢的工艺

权利要求书： 1.一种平管式固体氧化物电解池，包括依次接触的第一电解质层、第一活性阳极层、阳极支撑体、第二活性阳极层、第二电解质层、阻挡层、阴极层、缓冲层和金属导电层；

所述缓冲层包括La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3；所述阴极层包括氧化钆掺杂的氧化铈和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3；

所述第一活性阳极层包括NiO?8YSZ和/或NiO?3YSZ；所述第二活性阳极层包括NiO?

8YSZ和/或NiO?3YSZ；

所述阳极支撑体在平行于层叠面方向上设置有贯通通道。

2.根据权利要求1所述的平管式固体氧化物电解池，其特征在于，所述阳极支撑体按照以下步骤制备得到：

将NiO和3YSZ按照质量比1：(0.75～1.25)混合并加入表面活性剂和塑化剂，通过造粒得到粒径为30～50μm和50～150μm的两种粉体，将粒径为30～50μm和50～150μm的两种粉体按照(7～5)：(3～5)的质量比混合，挤压成型后烧结，得到阳极支撑体。

3.根据权利要求1所述的平管式固体氧化物电解池，其特征在于，所述第一电解质层部分覆盖第一活性阳极层。

4.根据权利要求1所述的平管式固体氧化物电解池，其特征在于，所述第一电解质层包括YSZ；所述第二电解质层包括YSZ。

5.根据权利要求1所述的平管式固体氧化物电解池，其特征在于，所述阻挡层包括氧化钆掺杂的氧化铈。

6.一种电解海水制氢装置，包括海水存储装置、氢气储存装置、电源、加热装置和权利要求1所述的平管式固体氧化物电解池；

所述加热装置用于对权利要求1所述的平管式固体氧化物电解池进行加热；

所述海水存储装置设置有加热元件，用于将海水加热蒸发。

7.一种利用权利要求6所述的电解海水制氢装置电解制氢的工艺，包括以下步骤：将海水水蒸气通入燃料极，将空气通入空气极，开启电源，对平管式固体氧化物电解池通电，进行电解，得到氢气；

所述平管式固体氧化物电解池的温度为700～850℃。

8.根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，对海水加热蒸发的温度为90～100℃。

9.根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，所述电解的电压为0.9～1.5。

10.根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，使用氢气作为载气，与海水水蒸气一起通入燃料极。

说明书： 一种平管式固体氧化物电解池、电解海水制氢装置及电解制氢的工艺

技术领域[0001] 本发明属于电解制氢技术领域，尤其涉及一种平管式固体氧化物电解池、电解海水制氢装置及电解制氢的工艺。

背景技术[0002] 能源是人类赖以生存和发展的基石，为在保证世界能源安全的同时缓解温室效应，“氢经济”的概念被广泛谈论和研究。氢气作为一种可再生的、无碳的清洁能源，有望比

传统化石燃料走得更远。目前，世界上绝大多数氢气都来源于化石燃料的重整、裂解。然而，

基于化石燃料的制氢过程会排放二氧化碳，且不可持续，因为化石燃料终将耗尽。而如果由

可再生能源产生的电力电解水得到氢气，将氢气储存于高效储氢材料中并输送至需要的地

方，再利用氢燃料电池发电产生电能和水，整个过程是绿色、碳中性且可持续的。并且，若使

用可再生能源产生的富余电力电解水生产氢气，即能更加充分的利用可再生能源，在用电

需求较小时将富余的电能部分收集起来，又可实现氢气的清洁、高效和大规模制备。因此，

电解水制氢具有广阔的应用前景。其中，固体氧化物电解池(SOEC)技术近年来受到广泛关

注，因其工作温度高，具有更高的电/化学能量转化效率，若不考虑电解过程的吸热，其能量

转换效率可超过100％。

[0003] 然而，现有电解水研究大都针对较纯净的淡水，而人类所能够支配的淡水资源却并不充裕。根据联合国发布的《2018年世界水资源开发报告》，由于人口增长、经济发展和消

费方式转变等因素，全世界对水资源的需求正在以每年1％的速度增长，且未来二十年，增

速还将加快；另外，全世界目前共有约36亿人居住在缺水地区，到2050年，这一数字将扩大

至48亿至57亿之多。因此，任何面向未来的技术都应尽量避免占用过多的淡水资源。与淡水

不同的是，海水是一种极为丰富易得的资源，地球表面超过70％的面积被海水覆盖，广阔的

海洋中储存着地球上绝大部分水。目前，这一巨大的宝库远未得到充分利用。若能以海水为

原料，结合高效的水电解技术，利用海上丰富的风电和光电制取氢气，必将为人类带来巨大

的经济和环境效益。

[0004] 虽然电解海水制氢应用前景广阔，但目前的水电解技术并不适用于大规模海水电解，与杂质较少的淡水相比，海水成分复杂，含有大量有害的阴离子，这些阴离子可能直接

侵蚀电解槽，也可能与水分解反应竞争。常见的碱性电解、质子交换膜电解等技术，杂质直

接与膜或电极直接接触，对膜性能要求高，更容易腐蚀电极和电解槽，降低寿命。同时质子

交换膜电解技术还采用贵金属，成本高；海水电解的其它挑战还有电解时电解槽局部pH值

的变化，细菌、颗粒物的影响等。低温直接电解海水的一个关键挑战是阳极上氯化物氧化与

水氧化反应的竞争，海水中高浓度的氯离子可在阳极失电子产生氯气或次氯酸盐；常见的

电解水制氢技术需要持续提供电能维持设备的运转，也大大提高了海水制氢的成本。

发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种平管式固体氧化物电解池、电解海水制氢装置及电解制氢工艺，本发明中的平管式固体氧化物电解池能够直接电解未经任何处理的天然海水，

且电/化学能量转化效率更高，成本更低。

[0006] 本发明提供一种平管式固体氧化物电解池，包括依次接触的第一电解质层、第一活性阳极层、阳极支撑体、第二活性阳极层、第二电解质层、阻挡层、阴极层、缓冲层和金属

导电层；

[0007] 所述缓冲层包括La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3；所述阴极层包括氧化钆掺杂的氧化铈和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3；

[0008] 所述第一活性阳极层包括NiO?8YSZ和/或NiO?3YSZ；所述第二活性阳极层包括NiO?8YSZ和/或NiO?3YSZ；

[0009] 所述阳极支撑体在平行于层叠面方向上设置有贯通通道。[0010] 优选的，所述阳极支撑体按照以下步骤制备得到：[0011] 将NiO和3YSZ按照质量比1：(0.75～1.25)混合并加入表面活性剂和塑化剂，通过造粒得到粒径为30～50μm和50～150μm的两种粉体，将粒径为30～50μm和50～150μm的两种

粉体按照(7～5)：(3～5)的质量比混合，挤压成型后烧结，得到阳极支撑体。

[0012] 优选的，所述第一电解质层部分覆盖第一活性阳极层。[0013] 优选的，所述第一电解质层包括YSZ；所述第二电解质层包括YSZ。[0014] 优选的，所述阻挡层包括氧化钆掺杂的氧化铈。[0015] 本发明提供一种电解海水制氢装置，包括海水存储装置、氢气储存装置、电源、加热装置和上文所述的平管式固体氧化物电解池；

[0016] 所述加热装置用于对上文所述的平管式固体氧化物电解池进行加热；[0017] 所述海水存储装置设置有加热元件，用于将海水加热蒸发。[0018] 本发明提供一种利用上文所述的电解海水制氢装置电解制氢的工艺，包括以下步骤：

[0019] 将海水水蒸气通入燃料极，将空气通入空气极，开启电源，对平管式固体氧化物电解池通电，进行电解，得到氢气；

[0020] 所述平管式固体氧化物电解池的温度为700～850℃。[0021] 优选的，对海水加热蒸发的温度为90～100℃。[0022] 优选的，所述电解的电压为0.9～1.5。[0023] 优选的，使用氢气作为载气，与海水水蒸气一起通入燃料极。[0024] 本发明提供了一种平管式固体氧化物电解池，包括依次接触的第一电解质层、第一活性阳极层、阳极支撑体、第二活性阳极层、第二电解质层、阻挡层、阴极层、缓冲层和金

属导电层；所述缓冲层包括La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3；所述阴极层包括氧化钆掺杂的氧化铈和

La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3；所述第一活性阳极层包括NiO?8YSZ和/或NiO?3YSZ；所述第二活性阳

极层包括NiO?8YSZ和/或NiO?3YSZ；所述阳极支撑体在平行于层叠方向上设置有贯通通道。

本发明采用一种独特结构的固体氧化物电解池(SOEC)在高温下直接电解未经任何处理的

天然海水，将海水加热蒸发，以氢气为载气，携带不同量的水蒸气在750℃高温下进行电解。

一方面可将海水中的绝大部分杂质与电解池分离，减缓或避免海盐对电解池的不良影响；

另一方面，在高温下电解可获得更高的电/化学能量转化效率，因为水分解反应的吉布斯自

由能随温度的升高而降低，低自由能意味着低电压，低电压意味着低成本。最后，可以将电

解后的高温尾气用来加热海水，则可大大降低蒸发海水所需的成本，且热能的成本远低于

电能，尾气中未被完全分解的水蒸汽冷凝后又有较高的纯度，可收集利用。

附图说明[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本

发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据

提供的附图获得其他的附图。

[0026] 图1为本发明中电解海水制氢装置的结构示意图；[0027] 其中，1为氢气/氮气存储装置，2为海水加热元件，3为海水存储装置，4为温度传感器，5为平管式固体氧化物电解池，6为加热装置，7为空气泵，8为电池测试系统，9为冷凝装

置，10为氢气存储装置；

[0028] 图2为本发明实施例1条件下电解池的初始性能曲线；[0029] 图3为本发明实施例1中不同水浴温度时的极化曲线；[0030] 图4为本发明实施例2条件下中电解池的初始性能曲线；[0031] 图5为本发明实施例2中不同水浴温度时的极化曲线；[0032] 图6为本发明实施例2中1.3电解时的水蒸气转化率；[0033] 图7为本发明实施例2中1.3电解时的氢气产量；[0034] 图8为本发明实施例3在不同水浴温度时的极化曲线；[0035] 图9为本发明实施例3在水浴温度94℃时不同电流密度的瞬时?T曲线；[0036] 图10为本发明实施例3在长期恒流下的电压和产氢量变化曲线；[0037] 图11为本发明平管式固体氧化物电解池的结构示意图。具体实施方式[0038] 本发明提供了一种平管式固体氧化物电解池，包括依次接触的第一电解质层、第一活性阳极层、阳极支撑体、第二活性阳极层、第二电解质层、阻挡层、阴极层、缓冲层和金

属导电层；

[0039] 所述缓冲层包括La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3；所述阴极层包括氧化钆掺杂的氧化铈和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3；

[0040] 所述第一活性阳极层包括NiO?8YSZ和/或NiO?3YSZ；所述第二活性阳极层包括NiO?8YSZ和/或NiO?3YSZ；

[0041] 所述阳极支撑体在平行于层叠方向上设置有贯通通道。[0042] 在本发明中，所述阳极支撑体在电解海水过程中作为染燃料极，所述阳极支撑体在平行于层叠面方向上设置有贯通孔，用于通入海水水蒸气。

[0043] 所述阳极支撑体的厚度优选为4～5mm。所述阳极支撑体的成分包括NiO和3YSZ(NiO?3YSZ)，按照以下步骤制备得到：

[0044] 将NiO和3YSZ按照质量比1：(0.75～1.25)混合并加入表面活性剂和塑化剂，通过造粒得到粒径为30～50μm和50～150μm的两种粉体，将粒径为30～50μm和50～150μm的两种

粉体按照(7～5)：(3～5)的质量比混合，挤压成型后烧结，得到阳极支撑体。

[0045] 在本发明中，所述NiO和3YSZ的质量比优选为1：(0.75～1.25)，更优选为1：(0.9～1.1)，最优选为1：1；粒径为30～50μm和50～150μm的两种粉体的质量比优选为(7～5)：(3～

5)，更优选为6：4。

[0046] 本发明对所述表面活性剂和塑化剂的种类不进行特殊的限制，本领域技术人员根据性能进行实际调控即可。

[0047] 所述造粒的方法为本领域技术人员的常用方法，如球磨或喷雾造粒。[0048] 所述烧结的温度优选为1200～1500℃，更优选为1300～1400℃，所述烧结的时间优选为5～10小时，更优选为6～9小时，最优选为7～8小时。

[0049] 制备得到阳极支撑体之后，本发明采用丝网印刷法在阳极支撑体的两侧各丝印一层活性阳极层，即第一活性阳极层和第二活性阳极层，活性阳极主要用于催化燃料极反应

并传导氧离子和电子。

[0050] 所述第一活性阳极层的成分为NiO?8YSZ和/或NiO?3YSZ；所述第一活性阳极层的厚度优选为15～25μm，更优选为20～22μm；所述第二活性阳极层包括NiO?8YSZ和/或NiO?

3YSZ；所述第二活性阳极层的厚度优选为15～25μm，更优选为20～22μm；所述第一活性阳极

层与第二活性阳极层的成分以及厚度可以相同也可以不同，优选相同。

[0051] 本发明对所述活性阳极层的丝印方法没有特殊的限制，采用本领域常用的丝印方法即可。

[0052] 然后在第一活性阳极层表面部分丝印电解质层，形成第一电解质层，露出部分活性阳极用于阳极集流；在第二活性阳极层表面丝印第二电解质层，所述第二电解质层完全

覆盖第二活性阳极层。

[0053] 本发明在第一活性阳极侧只印刷了部分电解质YSZ，以便于电池阳极侧与金属连接件之间的密封；且第一电解质层YSZ表面没有再丝印GDC阻隔层，是因为GDC的功能是为了

防止阴极与电解质之间发生元素的扩散，没有阴极就不用再印刷GDC层了，降低工艺和成

本。

[0054] 在本发明中，所述第一电解质层的成分优选为YSZ；所述第一电解质层的厚度优选为10～20μm；所述第二电解质层的成分优选为YSZ，所述第二电解质层的厚度优选为10～20

μm。所述第一电解质层与第二电解质层的成分以及厚度可以相同也可以不同，优选相同。

[0055] 然后在所述第二电解质表面丝印一层阻挡层，所述阻挡层用于防止空气极与电解质之间的相互扩散；所述阻挡层的成分为氧化钆掺杂的氧化铈(GDC)，所述阻挡层的厚度优

选为1～3μm，更优选为2μm。

[0056] 然后在阻挡层表面丝印一层阴极层，所述阴极层的成分为氧化钆掺杂的氧化铈(GDC)和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(LSCF)，所述阴极层的厚度优选为15～25μm，更优选为20～23

μm。

[0057] 在阴极层表面丝印一层缓冲层，用来增加阴极与连接板的界面接触面积，所述缓冲层的成分包括LSCF；所述缓冲层的厚度优选为100～300μm，更优选为120～180μm，最优选

为150～160μm。

[0058] 最后在阴极层的表面丝印一层金属导电层，可以是金、铂或银，优选使用高导电性的银浆或者银浆网格，用于增加阴极层的电子集流强度。所述银网格层的厚度优选为10～

30μm，更优选为15～25μm。

[0059] 本发明中的平管式固体氧化物电解池具有单阴极结构，在电解海水制氢中具有更高的效率。电解时，在外加电场作用下，水蒸气在金属Ni?YSZ?气体三相界面上发生分解，得

电子产生氢气并直接从阴极出，氧离子穿过电解质在阳极失电子析出氧气并被排出。

[0060] 基于上述平管式固体氧化物电解池，本发明还提供了一种电解海水制氢装置，包括海水存储装置、氢气储存装置、电源、加热装置和上文所述的平管式固体氧化物电解池；

[0061] 所述加热装置用于对上文所述的平管式固体氧化物电解池进行加热；[0062] 所述海水存储装置设置有加热元件，用于将海水加热蒸发。[0063] 本发明中的电解海水制氢装置如图1所示，海水储存装置3设置有海水入口、载气入口和蒸汽出口，所述蒸汽出口与平管式固体氧化物电解池的燃料极的海水蒸汽入口相连

通，用于将载气和海水蒸汽的混合气输入电解池中与燃料极相接触。

[0064] 所述海水储存装置3配套设置有加热元件2，用于对海水进行加热以产生蒸汽，所述加热元件2可以是水浴加热装置，所述海水的最高界面应低于水浴加热装置的水面，以保

证海水的温度均匀、准确。

[0065] 所述平管式固体氧化物电解池设置有海水蒸汽入口、空气入口、空气出口和产品出口；所述空气入口与、用于通入空气与空气极接触；所述空气出口与通过管道通入水浴加

热装置中，利用空气出口尾气的热量加热水浴加热装置中的水。所述氢气/水蒸气出口连接

冷凝装置9，收集纯水，氢气则继续通入氢气储存器10中保存。

[0066] 所述平管式固体氧化物电解池还配套设置有加热装置6，用于对平管式固体氧化物电解池进行加热，使电解在设定的高温下进行。

[0067] 本发明还提供了一种电解制氢的工艺，包括以下步骤：[0068] 将海水水蒸气通入燃料极，将空气通入空气极，开启电源，对平管式固体氧化物电解池通电，进行电解，得到氢气；

[0069] 所述平管式固体氧化物电解池的温度为700～850℃。[0070] 本发明对海水进行加热使其蒸发以获得海水蒸汽，所述加热的温度优选为90～100℃，如90℃、94℃、97℃或100℃，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。

[0071] 本发明直接将海水加热蒸发，将海水中的杂质与电解槽分离，避免了阳极上氯化物氧化与水氧化反应之间的竞争，大大的提高了电解槽的寿命和效率。

[0072] 本发明的高温电解虽然需要更多的能量将海水加热蒸发，但是可以将电解后的高温尾气用来加热海水，这样可以大大降低海水所需要的成本，且热能的成本远低于电能，尾

气中未被完全分解的水蒸汽冷凝后又有较高的纯度，可收集利用。

[0073] 在本发明中，所述电解的电压为0.9～1.5，更优选为1.0～1.4，如0.941、1.061、1.085、1.175、1.260、1.332、1.405，优选为以上述任意数值为上限或下限的

范围值。

[0074] 在本发明中，可直接将海水蒸汽通入电解池中电解制氢，也可以氢气为载气与海水蒸汽一起通入电解池中，可提高海水蒸汽的分布均匀性。

[0075] 在本发明中，所述平管式固体氧化物电解池的温度优选为700～850℃，更优选为750～800℃。

[0076] 本发明可以直接将海水加热蒸发，在750℃高温下利用固体氧化物电解池(SOEC)对水蒸气进行电解，可以将海水中的绝大部分杂质与电解槽分离，降低海盐或者有害阴离

子对电解槽的腐蚀影响。在SOEC特有的高温环境下电解，可获得更高的电/化学能量转化效

率，因为水分解反应的吉布斯自由能随温度的升高而降低，低自由能意味着低电压，低电压

意味着低成本。SOEC在电解纯水时的理论制氢效率和单位面积上的产氢速率均明显优于碱

性电解槽和质子交换膜电解槽。

[0077] 为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种平管式固体氧化物电解池、电解海水制氢装置及电解制氢的工艺进行详细描述，但不能将其理解为对本发明

保护范围的限定。

[0078] 本发明实施例所用的海水取自中国浙江省宁波市近海，实验时直接使用未经任何处理的天然海水。所用海水原液及挥发分成分如表1所给，由表可知，将海水挥发再冷凝后，

其中离子浓度降至ppm量级，认为该挥发分为进入电池的蒸汽成分。

[0079] 表1海水原液与挥发分成分[0080][0081] 1)平管式固体氧化物电解池的制备[0082] 首先将NiO与3YSZ按1:1混合并加入表面活性剂和塑化剂，用球磨或者喷雾造粒方法得到尺寸为30～50μm和50～150nm的两种粉体，并将两种尺寸的粉体按60％：40％的比例

混合，加压挤出成型后在1300℃下烧结得到阳极支撑体；采用丝网印刷法在阳极支撑体两

侧各丝印一层活性阳极，活性阳极成分为NiO?8YSZ；在电池两面丝印YSZ电解质，电解质仅

完全覆盖一侧活性阳极，另一侧露出部分活性阳极用于阳极集流；在被电解质完全覆盖的

一侧丝印一层GDC(氧化钆掺杂的氧化铈)阻挡层；然后在GDC表面丝印一层(La0.6,Sr0.4)

(Co0.2,Fe0.8)O3(LSCF)+GDC阴极；然后在阴极表面丝印一层LSCF作为缓冲层；最后阴极表面

用丝网印刷的方法丝印一层高导电性的银浆或者银浆网格。最终得到全尺寸为155mm×

2

63mm×5mm、有效面积为73cm的NiO?8YSZ/NiO?3YSZ/NiO?8YSZ/YSZ/GDC/GDC+LSCF/LSCF/

Ag结构中空平管电池。

[0083] 2)海水电解制氢装置[0084] 如图1所示，将未经过处理的海水直接装入海水储存装置中，海水储存装置放入水浴锅中加热，三颈瓶中的海水的最高界面低于水浴锅中的水面，保证海水的温度均匀、准

确。海水储存装置的连接口一为氢气入口，二为氢气/水蒸气出口，三为海水注入口。氢气出

口处连接有温度传感器，显示水蒸气温度。氢气/水蒸气通过海水储存装置和SOEC之间的管

道通入SOEC中。SOEC的空气出口通过管道通入水浴锅中，可以利用空气出口尾气的热量加

热水浴锅中的水。SOEC的氢气/水蒸气出口连接冷凝装置，收集纯水，氢气则继续通入氢气

储存器中保存。

[0085] 3)电解海水制氢[0086] 将电池装入电池测试夹具中并置于加热炉恒温在750℃下进行测试。测试前，先将加热炉按照0℃(20min)100℃(50min)200℃(250min)450℃(30min)450℃(180min)800℃

(20min)800℃(50min)750℃的程序升温至750℃；而后用0.3L/minN2吹扫燃料极以排除燃

料极中的氧气；再向电池燃料极通入0.3L/min氢气、空气极通入1.5L/min空气还原阳极中

的NiO，待电池开路电压稳定后，开始测试。

[0087] 测试时，将干燥的氢气通入装有海水的海水储存装置，海水储存装置置于控温水浴锅中，通过改变水浴温度控制水蒸气含量。将携带海水挥发物的氢气通入电池燃料极，空

气极则不断通入3.0L/min空气。利用电池测试系统得到电流密度?电压(J?)曲线并进行恒

流电解试验。

[0088] 实施例1[0089] 采用上述1)～3)中的测试方法对电解池电解海水制氢进行性能测试，在电解池中通入0.6L/minH2和3.0L/minAir，电池的开路电压为1.061，电解池初始放电性能如图2

2

所示，由图2可知，本发明中的电解池最大功率密度为429mW/cm。

[0090] 然后以0.4L/minH2为载气、在不同水浴温度(不同湿度)下电解的电流?电压(I?)极化曲线如图3，水浴锅温度分别为81℃、86℃、90℃、94℃、97℃(分别为纯水饱和蒸汽压

为50％、60％、70％、80％、90％)，气管加热温度T＝120℃。由图3可知，随着水蒸气量增加，

同电压下充电电流密度显著升高，水浴94℃以上时，极化曲线变得平直。电解电压可在高电

流密度下保持平稳增长。

[0091] 实施例2[0092] 采用上述1)～3)中的测试方法对电解池电解海水制氢进行性能测试，通入0.6L/minH2和4.0L/minAir，电池的开路电压为0.941，电解池初始放电性能如图4所示，由图4

2

可知，最大功率密度为411mW/cm。

[0093] 然后以0.4L/minH2为载气、不同水浴温度(不同湿度)时电解的电流?电压(I?)极化曲线如图5，水浴锅温度分别为81℃、86℃、90℃、94℃、97℃(分别为纯水饱和蒸汽压为

50％、60％、70％、80％、90％)，气管加热温度T＝120℃。由图5可知，随着水蒸气量增加，同

电压下充电电流密度显著升高，水浴94℃以上时，极化曲线变得平直。电解电压可在高电流

密度下保持平稳增长。

[0094] 图6为不同温度下，1.3电解时水蒸气转化率，水蒸气转化率是指参与电解反应转化成氢气的水蒸气量/水高温蒸发产生的水蒸气量，温度越高，水蒸发产生的水蒸气量越

多，即分母越大，则转化率越低。图6为不同温度下，1.3电解时氢气产量，由图6可以看出，

温度越高，水蒸气转化率越低，同时因为94℃以上的极化曲线都变得稳定，所以我们选择在

94℃时进行长时间的恒流电解。如实施例3所示进行了约500h的电解。图7说明了同水浴温

度下的产氢量，同时94℃以上产氢量变化较小。

[0095] 实施例3[0096] 采用上述1)～3)中的测试方法对电解池电解海水制氢进行性能测试，以0.2L/minH2为载气和3.0L/minAir、不同水浴温度(不同湿度)时电解的电流?电压(I?)极化曲线如

图8，水浴锅温度分别为81℃、86℃、90℃、94℃、97℃(分别为纯水饱和蒸汽压为50％、60％、

70％、80％、90％)，气管加热温度T＝120℃。由图8可知，随着水蒸气量增加，极限电流密度

增加。直线部分充电电流的增加主要依赖于欧姆阻抗的变化。水浴94℃和97℃时，极化曲线

变得平直且基本重合。

[0097] 然后在水浴94℃时进行恒流电解，电解电压分别为1.085，1.175,1.260,1.332,1.405。结果如图9所示，图9所示为不同电流密度下的电解电压以及稳定性，电流

2

密度为200mA/cm时，电解电压～1.3，且长时间电解时电压基本保持稳定。

[0098] 在电流密度为200mA/cm2时进行长时间的海水电解，海水加热温度是94℃。电解电压为1.3，氢气载气为0.2L/min，空气极通入3.0L/minAir，产氢量如图10示，实际产氢量

为183mL/min(已扣除氢气载气用量)，与理论值一致。并且展示了良好的长期稳定性。

[0099] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应

视为本发明的保护范围。