PEM电解水制氢产氢量计算

随着氢能的不断探索开发，相关制氢的技术也有很多，但在很多实验过程中发现产氢量超过了大家计算的理论值，这些实验大家有人认为是失败，或者由其他因素会有影响。

如今我们在从事PEM电解水的开发研究过程中，同样也发现了采用排水法测量的氢气超过了大家计算的理论值，于是我们通过多次实验排除了各个问题，结果发现，产氢量的测试结果与大家所测量的结果差异不大，测试结果为11ml/min*A*cm²。

问题来了，我重新整理计算了理论产氢量，计算结果为13.971ml/min*A*cm²，这一点与大家计算的结果有差异，以下为我们的计算过程，如有问题请指正。

根据电解水制氢的反应式为:

2H₂O+2e=2H₂+O₂；H₂O+e=H₂+O₂/2

通过上式可知1个水分子+2个电子分解为1个氢分子+1/2个氧分子，通常我们是给PEM电解槽通的是直流电，按照上海澎蓝测试数据为1.65V/cm²*A为例，该参数表示每平方厘米通过1A电流是电解槽电压为1.65V。那么这里我们便以1A的电流计算每平方厘米的产氢量。

那么安培与电子之间的转换关系为 :

1A=1C/s （C为库伦数）

库伦的定义：若导线中载有1安培的稳定电流，则在1秒内通过导线横截面的电量为1库仑。

一个电子所带负电荷量e=1.602176634×10^-19库仑，也就是说1库仑相当于6.24150974×10¹⁸个电子所带的电荷总量。

通过以上定义我们可以看出通过1cm²面积的电子速度为于6.24150974×10¹⁸(个/s)；

根据电解水制氢的反应式H₂O+e=H₂+O₂/2，也就是说理论上有6.24150974×10¹⁸(个/s)电子参与反应生产了氢气，那么氢气的数量应该为6.24150974×10¹⁸(个/s)氢分子产生(根据反应式这些电子其实供给了氧分子形成了共价键，氢气用的电子来源于水里的电子)。

氢分子数量计算出来了，那我们如何转换为熟悉的ml/s或者ml/min，这里我们引进摩尔的定义——国际计量大会通过决议，1摩尔将定义为“精确包含6.02214076×10²³个原子或分子等基本单元的系统的物质的量。与此同时确定了阿伏伽德罗常数NA为6.02214076×10²³。

1cm²产生的氢气摩尔=氢分子数量/摩尔数

1cm²产生的氢气摩尔=

6.24150974×10¹⁸(个/s)/ 6.02214076×10²³个/mol

=1.0362×10^-5mol/s

查资料可知：氢气的摩尔质量为2g/mol，那么

1cm²产生的氢气摩尔x摩尔质量=1cm²产生的氢气质量流量

1.0362×10^-5mol/s×2g/mol

=2.0724×10^-5g/s=0.020724mg/s

=1.24344mg/min

氢气的密度为0.089kg/m³=0.089g/L=0.089mg/ml，那么1cm²产生的氢气体积流量为:

1cm²产生的氢气体积流量=1cm²产生的氢气质量流量/氢气密度

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

以上为理论产氢量。

那么，我测试的结果为11ml/min*A*cm²，则转换效率为：

11/13.971=0.7874=78.74%

来源：澎篮氢能

原文始发于微信公众号（艾邦氢科技网）：PEM电解水制氢产氢量计算