方法一:氫氧化鈉水溶液電解法(傳統電解法)
目前市面上很大一部分的氫氣機、水素水杯,或稱為氫水杯、富氫水杯、隨行養生杯等,都是利用傳統電解法產氫。這種制氫方式非常簡單、成本低廉,我們在初中課本上都學過。因此利用傳統電解法制氫的產品可以將價格壓得很低,但不幸的是,這種方法卻有許多致命的問題。
由于純水極難導電,若是使用純水,傳統方式就是必須在水中加入幫助導電的電解質,一般使用氫氧化鈉或氫氧化鉀。但這可能產生臭氧等衍生氣體而有健康隱患。
低端電解氫水杯以便宜、輕便、易攜帶為訴求,通常建議客人使用過濾水、礦泉水或煮過的自來水,因為這些水里都含有少量礦物質,所以可以導電。其電解產生的是混合氣體—包括氧氣、氫氣及可能出現的氯氣與臭氧,還有次氯酸與其他不知名副產品。更糟糕的是,它的電極板就在水里,白金與石墨經過多次電解是會溶解到水里的,如果你喝這種氫水杯的水,那就連這些雜質也喝到肚子里了。
含有余氯的水,電解時陽極除了產生氧氣,還有機會讓溶在水中呈離子狀態的氯,失去電子后成為氯氣(Cl2)。氯氣具有強烈毒性,接觸氯氣會引起咳嗽、眼睛不適、嚴重可能破壞肺部。另外是次氯酸,氯氣若溶在水中會反應生成次氯酸(HClO),是一種常見的消毒殺菌劑,也是比氯氣更強的氧化劑。
在傳統電解制氫的過程中,陽極處還可能會產生臭氧(O3),臭氧同樣是強氧化劑,也是強烈的殺菌劑。臭氧溶入水中,會產生劇毒的氫氧自由基,喝下有臭氧的水,就是直接喝下大量自由基,傷害身體。如果吸入臭氧,它還會傷害肺部,過量臭氧會造成肺水腫、急性細支氣管炎,嚴重時會導致肺出血而死亡。
傳統電解制氫的機器還可能有嚴重的安全問題,許多廠商為了降低成本,并未將電解產生的氫氣、氧氣做嚴密的分離,造成氫氧合流,讓機器明顯存在爆炸的風險。
【綜上所述,我們可以得出結論】
1. 電解制氫,用純水最好。這樣完全不會產生雜氣、雜質;
2. 生成的氣體要氫、氧分離;
3. 喝氫水,盡量不要用化學方式制作(如鎂制氫水),也不要用低端電解氫水杯。一定要用物理方式制作,電解純水--產出純氫、進入水中、到達飽和濃度----才能保證安全、潔凈、有效。
方法二:SPE質子膜純水電解法制取氫氣
SPE質子膜純水電解法是目前比較先進的生產技術,使用固態高分子電解質的質子交換膜技術,不僅可以電解純水,而且氫、氧完全分離。雖然技術成本高,但它相對的安全、穩定、高效率,可生產極高純度的氫氣,而且使用簡便。是現階段家庭保健養生非常適用的純氫生成方式。
具體說到這項技術,其實也就是赫赫有名的氫燃料電池的逆反應。氫燃料電池利用氫氣與氧氣的混合將化學能轉成電能,唯一的副產物就是干凈的水,是干凈能源的明日之星。日本對于推行氫燃料電池更是不遺余力,如今已開發出世界第一臺燃料電池車,預計在東京奧運前完成的[氫燃料電池巴士],如今也已上路。
SPE質子膜純水電解技術與氫燃料電池剛好相反,它是利用純水與電能來產生氫氣與氧氣,由于制氫效率高、安全系數高,產出的氫氣純度可達99.9%以上,將會成為未來氫分子保健產品的主流技術。
由于純水無法導電,需要有各種離子溶于水中幫助導電,但這樣一來就會伴隨許多有害的副產物。而這個技術是利用高分子質子交換膜作為固態電解質,不需要有離子在水中,反而水的純度越高越好,除了能保護核心電池之外,也可以得到超高純度的氫氣,而不會伴隨其他副產物。
使用SPE質子膜純水電解技術來產生氫,純水會在陽極處將水分子電解成氫離子(H+)與氧氣(O2)。
陽極處的反應式(未平衡):H2O(水分子)→H+十4e-十O2
在陽極處產生的氫質子(H+)會溶在水里,透過質子交換膜的牽引到達陰極,并得到電子產生氫氣。
陰極處的反應式(未平衡):H+十e-→H2
SPE質子膜純水電解技術是氫燃料電池的逆反應,能夠安全且有效率地產出高純度氫氣。
高分子質子交換膜是氣密物質,換句話說,在陽極所產生的氧氣,無法通過膜到陰極,因此可以把氧氣與氫氣做完全的隔絕與分離,避免氫氧合流造成爆炸的疑慮。
SPE質子膜純水電解技術的制氫效率極高,有較高的電流密度,通常可達3A/cm²。這樣的電流密度是一般傳統電解水的5倍之高,因此在相同的產氣量下更省電,電極的體積也可以更小、更輕。
通過今天的講解,相信大家已經對這三種方法制氫的原理已經有初步的了解了。這也是大家想嘗試富氫水杯、吸氫機等氫健康產品來保健身體之前應該知道的知識,避免真到購買時吃虧上當。總之,前兩種方法技術要求不高,成本也較低,因此售價上也比較便宜。而采用安全、高效、產氫純度極高的SPE質子膜純水電解技術的氫產品,成本畢竟在那里,自然價格也相對略高一點。
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電解水制氫是指在直流電的作用下,將水分解為純氫和純氧的技術,可采用的技術路線主要有堿性(ALK)、質子交換膜(PEM)、陰離子交換膜(AEM)和固體氧化物(SOEC)四種。其中堿性(ALK)和質子交換膜(PEM)已經商業化,而陰離子交換膜 (AEM)和固體氧化物(SOEC)仍處于實驗室階段。
從商業化角度來看,堿性電解槽技術相對成熟且已經占據市場主導地位,加壓非石棉隔膜的兆瓦級產品成為主流,多用于煉鋼、玻璃等大型工業領域。而PEM電解槽還處于產業化的早期,它的優點在于更適應光伏、風電等可再生能源不穩定的工作狀態,它跟質子交換膜氫燃料電池互為逆反應,因此備受下游氫燃料電池相關企業的關注。
一方面,堿性制氫電解槽市場競爭日趨激烈,提高產氫能力、降低成本成主要發展趨勢;另一方面,PEM制氫電解槽還面臨著技術不成熟、核心材料成本高等問題。