电解水制氢法拉第定律

1、法拉第定律

法拉第常数F代表每摩尔电子所携带的电荷，单位C/mol，它是阿伏伽德罗数NA=6.02214×10²³mol⁻¹与元电荷e=1.602176×10⁻¹⁹ C的积,

约等于96500C。

也就是说在0℃、标准大气压下，电解析出1mol当量的任何电子都需要96500库仑电，为1法拉第。

1法拉第=96500库仑=96500安培·秒=96500/(60x60)=26.8安培·小时。

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2、产氢量计算

在标准情况下，1mol分子的任何气体占有22.4升体积，1mol氢原子也就是1/2mol氢分子在标准情况下为11.2升，那么在一个小室里每安培电流1小时可产出氢为：

V=11.2L/26.8A.h = 0.418NL/A.h = 4.18x10^-4Nm³/A.h

∴每台电解槽的产氢量：

VH = 4.18x10^-4*n*I*t*η

(VH：Nm³氢量；n：小室数；I：槽电流；t：时间；η：电流效率)

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3、单位氢气耗电量计算

电能消耗W与电压U和电荷量Q成正比，即
W=QU

根据法拉第定律，在标准状况下，每产生1m³的氢气的理论电荷量Q0为：

Q0=26.8A·h/(11.2/1000)=2393A·h

因此，理论电能消耗W0为：
W0=Q0*U0=2393A·h*1.23V=2943W·h=2.94kW·h 
式中：U0为水的理论分解电压，U0=1.23V。
在电解槽的实际运行中，其工作电压为理论分解电压的1.5~2倍，而且电流效率也达不到100%，所以造成的实际电能消耗要远大于理论值。目前通过电解水装置制得1m³氢气的实际电能消耗为4.5~5.5kW·h。

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原文始发于微信公众号（坤哥说苑）：电解水制氢法拉第定律