CN116334692A - 电解水系统的控制方法和电解水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电解水系统的控制方法和电解水系统，该电解水系统的氢气分离装置与电解水系统的PEM电解槽的阴极侧连接，电解水系统中的氧气分离装置与电解水系统中的PEM电解槽的阳极侧连接，所述方法包括：确定电解水系统的状态；在电解水系统的状态为工作状态的情况下，根据当前的目标气体含量调节阴极侧的气体和阳极侧的气体之间的压力差，以使阴极侧的气体压力大于阳极侧的气体压力，且目标气体含量不大于所述目标气体含量对应的安全阈值；目标气体含量为氢气分离装置中的氧气含量和氧气分离装置中的氢气含量二者中的至少一种。应用本发明提供的方法，能够降低质子交换膜的降解速度，有效地延长质子交换膜的使用时间。
Description
技术领域
本发明涉及电解水技术领域，特别涉及一种电解水系统的控制方法和电解水系统。
背景技术
膜电极是电解槽发生水电解反应的核心组件，其中间层为质子交换膜(ProtonExchange Membrane，PEM)，膜电极阴极侧通常使用碳载铂催化剂，阳极通常使用铱黑或者纳米氧化铱催化剂。催化剂外侧一般配置具有孔隙率的气体扩散层材料以便于生成气体的通过并提供电子传导路径。阴极扩散层通常为碳纤维纸，阳极扩散层以钛粉烧结多孔体-多孔钛和钛纤维毡居多。虽然钛材料在高电位和酸性条件下稳定，但表面极易发生氧化生成导电性极差的氧化钛。为降低阳极扩散层的接触电阻，通常在多孔钛或者钛纤维状表面镀铂以降低电解槽内阻。
目前，由于PEM电解槽的膜电极在阴极为铂碳，阳极和镀铂多孔钛接触，且质子交换膜无法实现阴极氢气和阳极氧气的完全隔绝，因此，在阴阳极时常会产生自由基反应，从而产生自由基，自由基会对质子交换膜造成降解，容易造成质子交换膜失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电解水系统的控制方法和电解水系统，能够降低质子交换膜的降解速度。具体方案如下：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种电解水系统的控制方法，应用于电解水系统，所述电解水系统包括PEM电解槽、与所述PEM电解槽的阴极侧连接的氢气分离装置，以及与所述PEM电解槽的阳极侧连接的氧气分离装置，所述方法包括：
确定所述电解水系统的状态；
在所述电解水系统的状态为工作状态的情况下，根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，以使所述阴极侧的气体压力大于所述阳极侧的气体压力，且所述目标气体含量不大于所述目标气体含量对应的安全阈值；所述目标气体含量为所述氢气分离装置中的氧气含量和所述氧气分离装置中的氢气含量二者中的至少一种。
上述的方法，可选的，所述根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差之后，还包括：
接收状态切换指令，所述状态切换指令用于指示将所述电解水系统的状态由所述工作状态切换为停机状态或待机状态；
响应于所述状态切换指令，控制所述PEM电解槽的工作电源的输出电压由预设的工作电压切换为预设的电解槽小室维持电压，所述电解槽小室维持电压小于所述工作电压。
上述的方法，可选的，还包括：
在所述电解水系统的状态为停机状态或待机状态的情况下，控制所述PEM电解槽的每个小室的电压处于0.7～1.23V之间。
上述的方法，可选的，所述根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，包括：
判断所述阴极侧的气体压力是否大于所述阳极侧的气体压力；
在所述阴极侧的气体压力不大于所述阳极侧的气体压力的情况下，控制所述阴极侧的气体压力增加，和/或控制所述阳极侧的气体压力降低，并返回执行判断所述阴极侧的气体压力是否大于所述阳极侧的气体压力的步骤；
在所述阴极侧的气体压力大于所述阳极侧的气体压力的情况下，根据当前的目标气体含量调节所述阳极侧的气体和所述阴极侧的气体之间的压力差。
上述的方法，可选的，若所述目标气体含量为所述氧气分离装置中的氢气含量，则根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，包括：
确定所述氧气分离装置中当前的氢气含量；
在当前的所述氢气含量小于所述氢气含量对应的安全阈值的情况下，控制所述PEM电解槽的阴极侧气体的压力增加，和/或控制所述PEM电解槽的阳极侧气体的压力降低，以增加所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，直至所述氢气含量等于所述氢气含量对应的安全阈值；
在当前的所述氢气含量大于所述氢气含量对应的安全阈值的情况下，控制所述PEM电解槽的阴极侧气体的压力降低，和/或控制所述PEM电解槽的阳极侧气体的压力增加，以降低所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，直至所述氢气含量不大于所述氢气含量对应的安全阈值。
上述的方法，可选的，若所述目标气体含量为所述氢气分离装置中的氧气含量，则根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，包括：
确定所述氢气分离装置中当前的氧气含量；
在当前的所述氧气含量大于所述氧气含量对应的安全阈值的情况下，增加所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差。
上述的方法，可选的，若所述目标气体含量包括所述氧气分离装置中的氢气含量以及所述氢气分离装置中的氧气含量，则根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，包括：
在当前的所述氢气含量小于所述氢气含量对应的安全阈值，且当前的所述氧气含量大于所述氧气含量对应的安全阈值的情况下，增加所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差；
在当前的所述氢气含量大于所述氢气含量对应的安全阈值，且所述氧气含量低于所述氧气含量对应的安全阈值的情况下，降低所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种电解水系统，包括：
控制装置、质子交换膜PEM电解槽、与所述PEM电解槽的阴极侧连接的氢气分离装置、与所述PEM电解槽的阳极侧连接的氧气分离装置，以及压力调节组件；
所述控制装置，用于确定所述电解水系统的状态；在所述电解水系统的状态为工作状态的情况下，根据当前的目标气体含量通过所述压力调节组件调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，以使所述阴极侧的气体压力大于所述阳极侧的气体压力，且所述目标气体含量不大于所述目标气体含量对应的安全阈值；所述目标气体含量为所述氢气分离装置中的氧气含量和所述氧气分离装置中的氢气含量二者中的至少一种。
上述的电解水系统，可选的，所述电解水系统还包括工作电源；
相应的，所述控制装置还用于：
接收状态切换指令，所述状态切换指令用于指示将所述电解水系统的状态由所述工作状态切换为停机状态或待机状态；
响应于所述状态切换指令，控制所述PEM电解槽的工作电源的输出电压由预设的工作电压切换为预设的电解槽小室维持电压，所述电解槽小室维持电压小于所述工作电压。
上述的电解水系统，可选的，所述目标气体含量为所述氧气分离装置中的氢气含量，所述控制装置用于：
确定所述氧气分离装置中当前的氢气含量；
在当前的所述氢气含量小于所述氢气含量对应的安全阈值的情况下，增加所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，直至所述氢气含量等于所述氢气含量对应的安全阈值；
在当前的所述氢气含量大于所述氢气含量对应的安全阈值的情况下，降低所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，直至所述氢气含量不大于所述氢气含量对应的安全阈值。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
本发明提供了一种电解水系统的控制方法和电解水系统，该所述电解水系统包括PEM电解槽、与PEM电解槽的阴极侧连接的氢气分离装置，以及与PEM电解槽的阳极侧连接的氧气分离装置，所述方法包括：确定电解水系统的状态；在电解水系统的状态为工作状态的情况下，根据当前的目标气体含量调节阴极侧的气体和阳极侧的气体之间的压力差，以使阴极侧的气体压力大于阳极侧的气体压力，且目标气体含量不大于所述目标气体含量对应的安全阈值；目标气体含量为氢气分离装置中的氧气含量和氧气分离装置中的氢气含量二者中的至少一种。应用本发明提供的方法，在电解水系统处于工作状态下，通过调节PEM电解槽的阴极侧气体和阳极侧气体之间的压力差，保持阴极侧的气体压力大于阳极侧的气体压力能够降低氧气的透过率，并且能够使得目标气体含量不大于对应的安全阈值，能够在保证电解水系统安全运行的同时，有效地抑制自由基生成，从而可以降低质子交换膜的降解速度，有效地延长质子交换膜的使用时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电解水系统的控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的又一种电解水系统的控制方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种调节阴极侧的气体和阳极侧的气体之间的压力差的过程的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种电解水系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种电解水系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
经本发明人研究发现，目前的PEM电解槽的膜电极在阴极为铂碳，阳极和镀铂多孔钛接触，且质子交换膜无法实现阴极氢气和阳极氧气的完全隔绝，因此，在阴阳极时常会产生自由基反应，从而产生自由基，对质子交换膜造成降解，容易造成质子交换膜失效。例如，少量氧气会通过质子交换膜渗透到阴极，由于阴极发生还原反应，催化剂处于得电子状态，使得吸附氧易在碳载铂催化剂表面和质子一起还原为自由基，具体为：
Pt-O-O+2H++2e-→Pt-OH-OH
Pt-OH-OH→Pt-OH+·OH
并且，当电解槽刚刚进入停机或者待机状态时，此时虽然失去电源的电压输入，电解槽内的阴阳极的双电层仍然处于满充状态，当外电路联通时，将发生放电，此时电子流动方向发生反向，电子由阴极向阳极流动。阳极电极电势逐步降低，欠电子状态转变为得电子状态。此时阳极虽未有氧气产生，但吸附在铂镀层上的氧气会和阴极渗透过来的氢气发生反应，产生自由基，具体为：
H2O2→2·OH(铂催化)
由于质子交换膜由全氟磺酸树脂构成，在产生自由基后，会对全氟磺酸树脂的主链和支链降解，产生氟离子和硫酸根离子，导致质子交换膜变薄，发生穿孔直至失效，质子交换膜的使用寿命低。
基于此，参见图1，为本发明实施例提供的一种电解水系统的控制方法的流程图，电解水系统的控制方法可以应用于电解水系统，电解水系统包括PEM电解槽、与所述PEM电解槽的阴极侧连接的氢气分离装置，以及与所述PEM电解槽的阳极侧连接的氧气分离装置，所述方法包括：
S101：确定所述电解水系统的状态。
在本实施例中，电解水系统的状态可以为工作状态、待机状态和停机状态中的一种。
S102：在所述电解水系统的状态为工作状态的情况下，根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，以使所述阴极侧的气体压力大于所述阳极侧的气体压力，且所述目标气体含量不大于所述目标气体含量对应的安全阈值；所述目标气体含量为所述氢气分离装置中的氧气含量和所述氧气分离装置中的氢气含量二者中的至少一种。
在本实施例中，由于质子交换膜往往不能实现对阴极氢气和阳极氧气的完全隔绝的情况，因此，在氢气分离装置中会存在少量的氧气，在氧气分离装置中会存在少量氢气，在此情况下，可以通过调节阴极侧的气体和阳极侧的气体之间的压力差，从而实现调节氧气分离装置中的氢气含量和氢气分离装置中的氧气含量。
可选的，通过调节阴极侧的气体压力和/或阳极侧的气体压力，可以实现调节阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，使得阴极侧的气体压力大于所述阳极侧的气体压力。
在本实施例中，氢气含量和氧气含量均具有其各自对应的安全阈值，氢气含量对应的安全阈值和氧气含量对应的安全阈值可以不同。
在本实施例中，氢气分离装置中的氧气含量和氧气分离装置中的氢气含量，随着阴极侧的气体和阳极侧的气体之间的压力差变化而变化，例如，在阴极侧的气体压力大于阳极侧的气体压力，且压力差不断增大的情况下，氢气分离装置中的氧气含量会不断的降低，而氧气分离装置中的氢气含量会不断的升高，在阴极侧的气体压力大于阳极侧的气体压力，且压力差不断减小的情况下，氢气分离装置中的氧气含量会不断的升高，而氧气分离装置中的氢气含量会不断的降低。
应用本发明实施例提供的方法，在通过调节氢气压力调节阀使得在产气的过程中，保持阴极侧气体的压力大于阳极侧气体的压力，能够降低氧气的透过率，从而抑制阴极侧自由基的产生，并使得所述目标气体含量不大于所述目标气体含量对应的安全阈值，能够在保证电解水系统运行安全的前提下，有效地避免阴极侧自由基对质子交换膜PEM造成降解。
在一些实施例中，在所述电解水系统的状态为停机状态或待机状态的情况下，可以控制控制所述PEM电解槽的工作电源输出预设的电解槽小室维持电压。
在本发明提供的一实施例中，基于上述的实施过程，可选的，如图2所示，S102中的根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差之后，还包括：
S103：接收状态切换指令，所述状态切换指令用于指示将所述电解水系统的状态由所述工作状态切换为停机状态或待机状态。
S104：响应于所述状态切换指令，控制所述PEM电解槽的工作电源的输出电压由预设的工作电压切换为预设的电解槽小室维持电压，所述电解槽小室维持电压小于所述工作电压。
在本实施例中，为避免阳极电极电势过低从而产生自由基反应，在电解槽停机或者待机时通过利用电源配置一个较低的输入电压，以维持单个小室的电压在0.7V～1.23V。由于阴极在低电流密度下的放电反应接近0V电极电势(vs SHE)，此时可以认为阳极的电极电势在0.7V～1.23V vs SHE。这样既避免了强氧化剂过氧化氢的产生和自由基的生成，同时也避免了电解水反应(水电解可逆电极电势1.23V vs SHE)的发生，降低了电流和能量的浪费。
在一些实施例中，在所述电解水系统的状态为停机状态或待机状态的情况下，控制所述PEM电解槽的每个小室的电压处于0.7～1.23V之间。
在本实施例中，可以控制PEM电解槽的工作电源输出预设的电解槽小室维持电压，以使得PEM电解槽的每个小室的电压处于0.7～1.23V之间。从而可以避免了强氧化剂过氧化氢的产生和自由基的生成，同时也避免了电解水反应的发生，降低了电流和能量的浪费。
在本发明提供的一实施例中，基于上述的实施过程，可选的，所述根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，包括：
判断所述阴极侧的气体压力是否大于所述阳极侧的气体压力；
在所述阴极侧的气体压力不大于所述阳极侧的气体压力的情况下，控制所述阴极侧的气体压力增加，和/或控制所述阳极侧的气体压力降低，并返回执行判断所述阴极侧的气体压力是否大于所述阳极侧的气体压力的步骤；
在所述阴极侧的气体压力大于所述阳极侧的气体压力的情况下，根据当前的目标气体含量调节所述阳极侧的气体和所述阴极侧的气体之间的压力差。
在本实施例中，可以先控制阴极侧的气体压力增加，和/或控制所述阳极侧的气体压力降低，使得阴极侧的气体压力大于所述阳极侧的气体压力，然后根据氢气分离装置中的氧气含量和/或氧气分离装置中的氢气含量调节该压力差。
在本发明提供的一实施例中，基于上述的实施过程，可选的，若所述目标气体含量为所述氧气分离装置中的氢气含量，则根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差的过程，如图3所示，包括：
S301：确定所述氧气分离装置中当前的氢气含量。
在本实施例中，可以通过氧气分离装置中的氢气含量传感器确定氧气分离装置中当前的氢气含量。
S302：在当前的所述氢气含量小于所述氢气含量对应的安全阈值的情况下，控制所述PEM电解槽的阴极侧气体的压力增加，和/或控制所述PEM电解槽的阳极侧气体的压力降低，以增加所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，直至所述氢气含量等于所述氢气含量对应的安全阈值。
S303：在当前的所述氢气含量大于所述氢气含量对应的安全阈值的情况下，控制所述PEM电解槽的阴极侧气体的压力降低，和/或控制所述PEM电解槽的阳极侧气体的压力增加，以降低所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，直至所述氢气含量不大于所述氢气含量对应的安全阈值。
在本实施例中，可以在氢气含量不大于所述氢气含量对应的安全阈值的前提下，增加所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，能够在保障系统运行安全的前提下，最大程度地抑制阴极侧自由基的产生，避免质子交换膜损坏。
在本发明提供的一实施例中，基于上述的实施过程，可选的，若所述目标气体含量为所述氢气分离装置中的氧气含量，则根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，包括：
确定所述氢气分离装置中当前的氧气含量；
在当前的所述氧气含量大于所述氧气含量对应的安全阈值的情况下，增加所述阳极侧的气体和所述阴极侧的气体之间的压力差。
在本实施例中，可以控制所述PEM电解槽的阴极侧气体的压力增加，和/或控制所述PEM电解槽的阳极侧气体的压力降低，使得氧气含量不大于该氧气含量对应的安全阈值。
在本实施例中，在当前的氧气含量大于氧气含量对应的安全阈值的情况下，增加阴极侧的气体和阳极侧的气体之间的压力差，能够保障电解水系统的安全运行。
在一些实施例中，可以同时获得氢气含量和氧气含量，根据当前的氢气含量和氧气含量调节阳极侧的气体和所述阴极侧的气体之间的压力差，以使得阴极侧的气体压力大于所述阳极侧的气体压力，且所述氧气含量不大于所述氧气含量对应的安全阈值；氢气含量不大于氢气含量对应的安全阈值。
在一些实施例中，若所述目标气体含量包括所述氧气分离装置中的氢气含量以及所述氢气分离装置中的氧气含量，则根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，包括：
在当前的所述氢气含量小于所述氢气含量对应的安全阈值，且当前的所述氧气含量大于所述氧气含量对应的安全阈值的情况下，增加所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差；
在当前的所述氢气含量大于所述氢气含量对应的安全阈值，且所述氧气含量低于所述氧气含量对应的安全阈值的情况下，降低所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差。
在本实施例中，通过氧气分离装置中的氢气含量和氢气分离装置中的氧气含量调节压力差，能够有效地保障电解水系统的安全运行，并且能够在电解水安全运行的前提下，降低氢气存储装置中的氧气含量，从而能够有效地抑制自由基反应，从而避免阴极侧自由基对质子交换膜PEM造成降解。
本发明实施例还提供了一种电解水系统，参见图4，为本发明提供的一种电解水系统的结构示意图，该电解水系统包括：
控制装置401、质子交换膜PEM电解槽402、与所述PEM电解槽402的阴极侧连接的氢气分离装置403、与所述PEM电解槽402的阳极侧连接的氧气分离装置404，以及压力调节组件405。
所述控制装置401，用于确定所述电解水系统的状态；在所述电解水系统的状态为工作状态的情况下，根据当前的目标气体含量通过所述压力调节组件405调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，以使所述阴极侧的气体压力大于所述阳极侧的气体压力，且所述目标气体含量不大于所述目标气体含量对应的安全阈值；所述目标气体含量为所述氢气分离装置403中的氧气含量和所述氧气分离装置404中的氢气含量二者中的至少一种。
在本实施例中，该压力调节组件可以包括氢气压力调节阀和氧气压力调节阀，氢气压力调节阀可以设置在氢气分离装置中，可以用于调节阴极侧气体压力；该氧气压力调节阀可以设置在氧气分离装置中，可以用于调节阳极侧气体压力。
在一些实施例中，所述电解水系统还包括工作电源；相应的，所述控制装置还用于：
接收状态切换指令，所述状态切换指令用于指示将所述电解水系统的状态由所述工作状态切换为停机状态或待机状态；
响应于所述状态切换指令，控制所述PEM电解槽的工作电源的输出电压由预设的工作电压切换为预设的电解槽小室维持电压，所述电解槽小室维持电压小于所述工作电压。
在一些实施例中，所述目标气体含量为所述氧气分离装置中的氢气含量，所述控制装置用于：
确定所述氧气分离装置中当前的氢气含量；
在当前的所述氢气含量小于所述氢气含量对应的安全阈值的情况下，增加所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，直至所述氢气含量等于所述氢气含量对应的安全阈值；
在当前的所述氢气含量大于所述氢气含量对应的安全阈值的情况下，降低所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，直至所述氢气含量不大于所述氢气含量对应的安全阈值。
参见图5，为本发明实施例提供的又一种电解水系统的结构示意图，该电解水系统还包括氢含量传感器和氧含量传感器，氢含量传感器可以设置在氧气分离装置中，用于测量氧气分离装置中的氢气含量，该氧气分离装置可以为氧气分离罐；氧含量传感器可以设置在氢气分离装置中，用于测量氢气分离装置中的氧气含量，该氢气分离装置可以为氢气分离罐；氧气分离装置和氢气分离装置分别与去水循环和气体纯化系统相连接，PEM电解槽与水处理纯化循环系统连接。
在本实施例中，在PEM电解槽处于工作状态时，阴极发生的主要反应为质子被电子还原为氢气的析氢反应(HER)，阴极催化剂为得电子状态，为抑制阴极侧的自由基生成，通过调节氢气压力调节阀使得在产气的过程中，阴极的氢气压力大于阳极氧气侧的压力以降低氧气的透过率，从而抑制阴极侧自由基的产生。虽然阴极侧中的氢气压力过大会导致阳极氧气中氢含量上升，由于阳极为水分子氧化析氧反应(OER)。其主要反应为水分子失去电子生成氧气，其电势≥1.23V电极电势(vs SHE)，因此阳极电极处于欠电子状态，产生自由基的可能性较低。因此，通过氢含量传感器监控氢气含量，并增加电解槽的阴极气体和阳极气体之间的压差使得氧中氢含量增加并低于安全阈值，例如1％或者更高，若超过阈值，可通过降低阴阳极两侧的压力差降低氧中氢气含量。同时通过氢气分离装置中的氧气含量传感器监测氧气含量，随着阴阳极压差的增加，其缓慢降低，并维持其在较低的阈值以内，例如50ppm或者更低。
在电解槽由工作状态切换为停机状态或待机状态时，控制所述PEM电解槽的工作电源的输出电压由预设的工作电压切换为预设的电解槽小室维持电压，这样既避免了路径1中强氧化剂过氧化氢的产生和自由基的生成，同时也避免了电解水反应(水电解可逆电极电势1.23V vs SHE)的发生，降低了电流和能量的浪费。
下面将本发明实施例提供的方案与现有技术方案进行举例对比：
现有技术方案对比例：
使用50wt％Pt/C催化剂，5wt％Nafion溶液和异丙醇，水配置催化剂料浆，超声分散10分钟，喷涂在Nafion115膜一侧形成阴极催化剂涂层并控制Pt载量为0.5mg/cm2。在60℃干燥后，使用纳米氧化铱催化剂，5wt％Nafion溶液和异丙醇，水配置催化剂料浆，超声分散30分钟，喷涂在Nafion115膜的另一侧形成阳极催化剂涂层并控制Ir载量为1.5mg/cm2。催化剂涂层活性面积为50*50mm。加工有蛇形流道的纯钛板镀铂后作为测试夹具。采用Toray碳纸作为阴极扩散层。镀铂多孔钛作为阳极扩散层。
使用蠕动泵在阳极流道内进行水循环，可编程直流电源对50*50mm膜电极进行电压循环电解水测试。测试条件为0V～2V，水温60℃，循环间隔为2V下电解1min，0V放电1min。每100小时取出阳极循环水样进行氟离子含量测试。测试设备为赛默飞ICS5000+，经外标法确定标准曲线后测定水样氟离子含量。计算氟离子随时间和活性面积的增量作为氟离子流失速率以衡量质子膜降解的情况。
本发明实施例：
使用50wt％Pt/C催化剂，5wt％Nafion溶液和异丙醇，水配置催化剂料浆，超声分散10分钟，喷涂在Nafion115膜一侧形成阴极催化剂涂层并控制Pt载量为0.5mg/cm2。在60℃干燥后，使用纳米氧化铱催化剂，5wt％Nafion溶液和异丙醇，水配置催化剂料浆，超声分散30分钟，喷涂在Nafion115膜的另一侧形成阳极催化剂涂层并控制Ir载量为1.5mg/cm2。催化剂涂层活性面积为50*50mm。加工有蛇形流道的纯钛板镀铂后作为测试夹具。采用Toray碳纸作为阴极扩散层。镀铂多孔钛作为阳极扩散层。
使用蠕动泵在阳极流道内进行水循环，可编程直流电源对50*50mm膜电极进行电压循环电解水测试。测试条件为1V～2V，水温60℃，循环间隔为2V下电解1min，1V下放电1min。每100小时取出阳极循环水样进行氟离子含量测试。测试设备为赛默飞ICS5000+，经外标法确定标准曲线后测定水样氟离子含量。计算氟离子随时间和活性面积的增量作为氟离子流失速率以衡量质子膜降解的情况。
对比例和实施例所对应的氟离子流失数据见下表
| 电位循环范围 | 氟离子流失速率 | |
| 现有对比例 | 0V～2V | 1.48μg/(h·cm2) |
| 本发明实施例 | 1V～2V | 0.58μg/(h·cm2) |
由上表可见，在停机时实施低电位保护时可以大幅降低质子交换膜分解速率。
上述本发明实施例公开的电解水系统具体的原理和执行过程，与上述本发明实施例公开的电解水系统的控制方法相同，可参见上述本发明实施例提供的电解水系统的控制方法中相应的部分，这里不再进行赘述。
本发明实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的指令，其中，在所述指令运行时控制所述存储介质所在的电解水系统的控制装置执行上述电解水系统的控制方法。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
以上对本发明所提供的一种电解水系统的控制方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种电解水系统的控制方法，其特征在于，应用于电解水系统，所述电解水系统包括PEM电解槽、与所述PEM电解槽的阴极侧连接的氢气分离装置，以及与所述PEM电解槽的阳极侧连接的氧气分离装置，所述方法包括：
确定所述电解水系统的状态；
在所述电解水系统的状态为工作状态的情况下，根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，以使所述阴极侧的气体压力大于所述阳极侧的气体压力，且所述目标气体含量不大于所述目标气体含量对应的安全阈值；所述目标气体含量为所述氢气分离装置中的氧气含量和所述氧气分离装置中的氢气含量二者中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差之后，还包括：
接收状态切换指令，所述状态切换指令用于指示将所述电解水系统的状态由所述工作状态切换为停机状态或待机状态；
响应于所述状态切换指令，控制所述PEM电解槽的工作电源的输出电压由预设的工作电压切换为预设的电解槽小室维持电压，所述电解槽小室维持电压小于所述工作电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述电解水系统的状态为停机状态或待机状态的情况下，控制所述PEM电解槽的每个小室的电压处于0.7～1.23V之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，包括：
判断所述阴极侧的气体压力是否大于所述阳极侧的气体压力；
在所述阴极侧的气体压力不大于所述阳极侧的气体压力的情况下，控制所述阴极侧的气体压力增加，和/或控制所述阳极侧的气体压力降低，并返回执行判断所述阴极侧的气体压力是否大于所述阳极侧的气体压力的步骤；
在所述阴极侧的气体压力大于所述阳极侧的气体压力的情况下，根据当前的目标气体含量调节所述阳极侧的气体和所述阴极侧的气体之间的压力差。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述目标气体含量为所述氧气分离装置中的氢气含量，则根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，包括：
确定所述氧气分离装置中当前的氢气含量；
在当前的所述氢气含量小于所述氢气含量对应的安全阈值的情况下，控制所述PEM电解槽的阴极侧气体的压力增加，和/或控制所述PEM电解槽的阳极侧气体的压力降低，以增加所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，直至所述氢气含量等于所述氢气含量对应的安全阈值；
在当前的所述氢气含量大于所述氢气含量对应的安全阈值的情况下，控制所述PEM电解槽的阴极侧气体的压力降低，和/或控制所述PEM电解槽的阳极侧气体的压力增加，以降低所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，直至所述氢气含量不大于所述氢气含量对应的安全阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述目标气体含量为所述氢气分离装置中的氧气含量，则根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，包括：
确定所述氢气分离装置中当前的氧气含量；
在当前的所述氧气含量大于所述氧气含量对应的安全阈值的情况下，增加所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述目标气体含量包括所述氧气分离装置中的氢气含量以及所述氢气分离装置中的氧气含量，则根据当前的目标气体含量调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，包括：
在当前的所述氢气含量小于所述氢气含量对应的安全阈值，且当前的所述氧气含量大于所述氧气含量对应的安全阈值的情况下，增加所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差；
在当前的所述氢气含量大于所述氢气含量对应的安全阈值，且所述氧气含量低于所述氧气含量对应的安全阈值的情况下，降低所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差。
8.一种电解水系统，其特征在于，包括：
控制装置、PEM电解槽、与所述PEM电解槽的阴极侧连接的氢气分离装置、与所述PEM电解槽的阳极侧连接的氧气分离装置，以及压力调节组件；
所述控制装置，用于确定所述电解水系统的状态；在所述电解水系统的状态为工作状态的情况下，根据当前的目标气体含量通过所述压力调节组件调节所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，以使所述阴极侧的气体压力大于所述阳极侧的气体压力，且所述目标气体含量不大于所述目标气体含量对应的安全阈值；所述目标气体含量为所述氢气分离装置中的氧气含量和所述氧气分离装置中的氢气含量二者中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的电解水系统，其特征在于，所述电解水系统还包括工作电源；
相应的，所述控制装置还用于：
接收状态切换指令，所述状态切换指令用于指示将所述电解水系统的状态由所述工作状态切换为停机状态或待机状态；
响应于所述状态切换指令，控制所述PEM电解槽的工作电源的输出电压由预设的工作电压切换为预设的电解槽小室维持电压，所述电解槽小室维持电压小于所述工作电压。
10.根据权利要求8所述的电解水系统，其特征在于，所述目标气体含量为所述氧气分离装置中的氢气含量，所述控制装置用于：
确定所述氧气分离装置中当前的氢气含量；
在当前的所述氢气含量小于所述氢气含量对应的安全阈值的情况下，增加所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，直至所述氢气含量等于所述氢气含量对应的安全阈值；
在当前的所述氢气含量大于所述氢气含量对应的安全阈值的情况下，降低所述阴极侧的气体和所述阳极侧的气体之间的压力差，直至所述氢气含量不大于所述氢气含量对应的安全阈值。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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