科普 | 压力对水电解效率的影响

工作压力对电解动力学的影响

从热力学角度来看，温度和压力对电解电压的影响方向相反。具体而言，温度每升高1℃，自由能驱动的电解电压会降低约0.8 mV；而运行压力每增加1 bar，则会使电解电压上升约0.3 mV。

从动力学角度分析，即便在反应高度可逆的阴极一侧，运行压力的升高对电解过程的动力学影响也较为有限。在某些特定条件下（例如电解槽结构设计合理、集电器孔隙率适宜），较高的运行压力可能有助于气泡的排出与传输，从而带来一定的积极效应。然而，近期的更精确实验结果表明，这种积极作用在1至50 bar的压力范围内并不显著（见图）。

图展示了在不同运行压力下，采用铂作阴极催化剂、铱作阳极催化剂的PEM电解槽的极化曲线。可以看出，尽管压力从1 bar升高至50 bar，电流密度对电压的响应变化不大，进一步验证了上述结论。

结论

无论是在碱性还是酸性介质中，相较于常压条件下的水电解，压力型水电解并不会带来显著的额外能耗。因此，只要设备投资成本不会因此大幅增加，这种技术路径便为直接产出并储存压缩氢气提供了具有吸引力的可能性。

此外，水电解技术具备广泛的适应性：其工作温度可从室温延伸至约800℃，并可兼容不同pH值的电解质体系。目前，多种水电解技术正处于快速发展阶段，每种技术都在特定工况下展现出独特的优势与局限，以满足多样化的应用需求。