质子交换膜电解制氢氢气渗透研究进展

由于膜的吸水特性,高压质子交换膜(PEM)制氢(尤其是差压式,氢侧高压/氧侧常压)存在氢气渗透问题,影响电解堆的运行安全与效率.基于菲克定律描述的渗透通量与渗透率、分压差的关系,综述了温度/压力、膜水合程度、氢气分压差对氢气渗透的影响规律.在常规运行压力范围(3.5 MPa)内,扩散系数与溶解度主要受温度影响,温度升高则渗透率增大;氢气渗透率随膜水合程度的增加而增大;氢气分压差对渗透的影响表现出线性(渗透池环境)与非线性(电解制氢环境)两种关系,非线性可能源于膜透水性提升与水通道结构改变引起的对流渗透.考虑到电解制氢实际工况存在电流,综述了电流密度对氢渗透的影响,氢气渗透率随运行电流密度的升高而增大,氢过饱和是可能的影响机理,高电流密度下氢过饱和度升高,导致氢气通过膜的渗透增加.