科普 | 壓力對水電解效率的影響

工作壓力對電解動力學的影響

從熱力學角度來看，溫度和壓力對電解電壓的影響方向相反。具體而言，溫度每升高1℃，自由能驅動的電解電壓會降低約0.8 mV；而運行壓力每增加1 bar，則會使電解電壓上升約0.3 mV。

從動力學角度分析，即便在反應高度可逆的陰極一側，運行壓力的升高對電解過程的動力學影響也較為有限。在某些特定條件下（例如電解槽結構設計合理、集電器孔隙率適宜），較高的運行壓力可能有助于氣泡的排出與傳輸，從而帶來一定的積極效應。然而，近期的更精確實驗結果表明，這種積極作用在1至50 bar的壓力范圍內并不顯著（見圖）。

圖展示了在不同運行壓力下，采用鉑作陰極催化劑、銥作陽極催化劑的PEM電解槽的極化曲線。可以看出，盡管壓力從1 bar升高至50 bar，電流密度對電壓的響應變化不大，進一步驗證了上述結論。

結論

無論是在堿性還是酸性介質中，相較于常壓條件下的水電解，壓力型水電解并不會帶來顯著的額外能耗。因此，只要設備投資成本不會因此大幅增加，這種技術路徑便為直接產出并儲存壓縮氫氣提供了具有吸引力的可能性。

此外，水電解技術具備廣泛的適應性：其工作溫度可從室溫延伸至約800℃，并可兼容不同pH值的電解質體系。目前，多種水電解技術正處于快速發展階段，每種技術都在特定工況下展現出獨特的優勢與局限，以滿足多樣化的應用需求。