CN115216785A - 一种用于电解制氢的电极、电解装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于电解制氢的电极、电解装置及方法，利用本发明实施例中的电解装置进行电解制氢的的方法中，电解装置整体处于碱性环境，其工作温度区间为200‑600℃，且在电解过程中只有阴性离子的定向运动，此外结合隔膜在其厚度方向上分别与阳极和阴极紧邻，气体传质阻力小；电解过程中OH‑离子定向地通过隔膜中的电解液从阴极侧到达阳极侧，OH‑离子(或水分子中的OH部分)与电极表面的金属芳香族化合物的金属中心产生亲合并传递电子，发生氧化还原反应，电子进一步在金属芳香族化合物和电极催化层表面之间传递，整体电阻小，能够有效降低碱性电解制氢能耗，提高电解制得绿氢的经济性。

Description

一种用于电解制氢的电极、电解装置及方法
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种用于电解制氢的电极、电解装置及方法。
背景技术
对于水电解，主要有两种技术：碱性水电解(AEL)和聚合物电解质膜电解(PEMEL)，碱性水电解(AEL)使用碱性溶液作为电解质，并利用多孔隔膜进行电解。在此过程中，阳极发生反应，其中，碱性溶液的氢氧根离子(OH-)被氧化以产生氧气(O2)，此反应的理论标准电位为0.401V。另一方面，阴极发生反应，其中，水(H2O)被分解成氢气(H2)和氢氧根离子(OH-)，此反应的理论标准电位为-0.828V。因此，总反应的进行使得水(H2O)被分解产生氢气(H2)和氧气(O2)，并且理论标准电位为1.229V。
然而，目前碱性制氢效率较低、电阻较高，上述现有技术的电解装置在水电解的每单位槽数需要的施加电压为1.229V，当用于水电解的单位槽数增加时，功耗相对应增加。从而，用于水电解的电力成本显著增加，因此如何能够有效降低碱性电解制氢能耗，提高电解制得绿氢的经济性是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种用于电解制氢的电极、电解装置及方法，其中本发明的实施例中电解制氢的电极采用导电泡沫基体，在泡沫基体上复合电催化层，并在电催化层外利用金属材料和有机物复合成的导电分子作为电极扩展层，电极扩展层中的富电子的芳香环大Π键与电催化层表面金属结合，在电催化层表面均匀分布，能够作为电子的传导通道；在电解过程中电极扩展层中的带部分正电的金属成分可与电解液内活性OH-离子复合增加电子传导效率，增大反应面积，提高动力学效率。同时电解装置中的隔膜采用气凝胶材料作为多孔结构，其丰富的孔道为电解液提供了充足的存储空间和传导性，有利于降低欧姆电阻，同时气凝胶材料具有良好的耐热性和耐碱性，提高寿命。电解装置整体处于碱性环境，其工作温度区间为200-600℃，且在电解过程中只有阴性离子的定向运动，此外结合隔膜在其厚度方向上分别与阳极和阴极紧邻，气体传质阻力小；电解过程中OH-离子定向地通过隔膜中的电解液从阴极侧到达阳极侧，OH-离子(或水分子中的OH部分)与电极表面的金属芳香族化合物的金属中心产生亲合并传递电子，发生氧化还原反应，电子进一步在金属芳香族化合物和电极催化层表面之间传递，整体电阻小，能够有效降低碱性电解制氢能耗，提高电解制得绿氢的经济性。
为达到上述目的，根据本发明的第一个方面提出了一种用于电解制氢的电极，包括
导电活性基体，其包括基体；和
电极扩展层；其至少为一层设置在所述导电活性基体厚度方向上的至少一侧；其中所述电极扩展层包括将金属材料和有机物复合后按照0.5-1％的固体质量比溶解于非质子极性溶剂中，并采用热解、电沉积、溶胶-凝胶或涂刷中的至少一种制备而成；所述有机物为芳香族化合物。
在一些实施例中，所述导电活性基体还包括设置在所述基体表面的电催化层；所述电催化层包括至少一种金属粒子所述电催化层中的所述金属粒子与所述电极扩展层中的所述金属材料中的金属保持一致。
在一些实施例中，所述电催化层中的所述金属粒子包括镍粒子、钼粒子、钴粒子、铁粒子、铬粒子、锰粒子或锆粒子中的至少一种。
在一些实施例中，所述基体为多孔板、无孔板或网状结构的泡沫基体。
根据本发明的第二个方面提出了一种用于电解制氢的装置，其包括上述任一实施例中的电极，包括
槽体，所述槽体内两端分别相对设置如上述任一实施例中的电极，形成阴极和阳极；和
隔膜，其设置在所述阴极和所述阳极之间；所述隔膜包括多孔载体和固定在所述多孔载体表面和/或内部的液体电解质；且所述阴极和所述阳极靠近所述隔膜的一侧设置所述电极扩展层；所述隔膜在其厚度方向上一侧与所述阳极紧邻，另一侧与所述阴极紧邻。
在一些实施例中，所述多孔载体为金属氧化物气凝胶、碳气凝胶、有机物气凝胶或有机-无机复合气凝胶的至少一种；其中所述金属氧化物气凝胶中的金属氧化物为氧化锆、氧化钛、钛酸锶、钛酸锂、锆酸锶或锆酸锂中的至少一种。
在一些实施例中，将所述液体电解质固定在所述多孔载体表面和/或内部的方法为：将所述多孔载体浸渍在液体电解质中至少2h，通过毛细作用渗透到所述多孔载体的表面和/或内部。
在一些实施例中，所述液体电解质为熔融的碱金属的氢氧化物和/或碱土金属的氢氧化物；所述碱金属包括锂、钠、钾中的至少一种；所述碱土金属包括镁、钙、锶、钡中的至少一种。
在一些实施例中，电解制氢的装置还包括向所述槽体内的阴极端提供水蒸气的水蒸气供应单元。
根据本发明的第三个方面提出了电解制氢的方法，利用其包括上述任一实施例中的电解制氢的装置，包括：
组装所述电解制氢的装置，将阳极、阴极和隔膜通过密封加压封装；
200-600℃的进入所述阴极侧，在所述阴极与隔膜的接触面产生氢气和氢氧根离子；所述氢气通过阴极的排气口排出；
所述氢氧根离子穿过所述隔膜到达阳极侧，在所述阳极与所述隔膜的接触面产生氧气和水蒸气并从所述阳极的排气口排出。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例提出的电极-隔膜的结构示意图；
图2是本发明实施例提出的阳极电极的反应原理图；
图3是本发明实施例提出的阴极电极的反应原理图；
图4是本发明实施例提出的利用解制氢的装置进行电解制氢的方法流程图；
附图标注：11、基体；12、电催化层；13、电极扩展层；2、隔膜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照实施例，对本发明进一步详细说明。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所获得的所有其他技术方案，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的具体实施方式中，以电解槽作为电解制氢装置的例子来解释本发明，但是本发明的电解制氢的装置并不仅限于电解槽。
本发明的目的在于提出一种用于电解制氢的电极、电解装置及方法，其中本发明的实施例中电解制氢的电极采用泡沫基体11，在泡沫基体11上复合电催化层12形成导电活性基体11，并在导电活性基体11外利用金属材料和有机物复合的导电分子作为电极扩展层13，电极扩展层13中的富电子的芳香环大Π键与电催化层12表面金属结合，在电催化层12表面均匀分布，能够作为电子的传导通道；在电解过程中电极扩展层13中的带部分正电的金属成分可与电解液内活性OH-离子复合增加电子传导效率，增大反应面积，提高动力学效率；同时电解装置中的隔膜2采用气凝胶材料作为多孔结构，其丰富的孔道为电解液提供了充足的存储空间和传导性，有利于降低欧姆电阻。气凝胶材料具有良好的耐热性和耐碱性，提高寿命。此外利用电解装置进行电解制氢的的方法中，电解装置整体处于碱性环境，其工作温度区间为200-600℃，且在电解装置电解过程中只有阴性离子的定向运动。此外隔膜2在其厚度方向上分别与阳极和阴极紧邻，气体传质阻力小；电解过程中OH-离子定向地通过隔膜2中的电解液从阴极侧到达阳极侧，OH-离子(或水分子中的OH部分)与电极表面的金属芳香族化合物的金属中心产生亲合并传递电子，发生氧化还原反应，电子进一步在金属芳香族化合物和电极催化层表面之间传递，整体电阻小，能够有效降低碱性电解制氢能耗，提高电解制得绿氢的经济性。
为达到上述目的，根据本发明实施例的第一个方面提出了一种用于电解制氢的电极，包括导电活性基体11和电极扩展层13；其中导电活性基体11包括基体11，优选的导电活性基体11的基体11为多孔板、无孔板或网状任一至少一种结构中的泡沫基体11。
其中电极扩展层13至少为一层设置在导电活性基体11厚度方向上的至少一侧；在一些实施例中，电极扩展层13可设置在导电活性基体11厚度方向上的一侧或两侧，在导电活性基体11厚度方向上的一侧或两侧上，可设置一层、两层或三层的电极扩展层13。
其中以导电活性基体11厚度方向与左右方向一致为例对以下实施例进行详细说明。
示例性的，导电活性基体11基体11为具有一定厚度的多孔板状的泡沫基体11，耐电化学腐蚀的尺寸稳定，其具有相对设置的左表面和右表面，电极扩展层13可在导电活性基体11的左表面上设置一层、两层或三层；同时电极扩展层13可在导电活性基体11的右表面上设置一层、两层或三层。但是需要说明的是，在实际应用中，电极作为阴极和阳极时，均只在阴极和阳极相对设置的一面设置电极扩展层13。
其中，电极扩展层13包括将金属材料和有机物复合后按照0.5-1％的固体质量比溶解于非质子极性溶剂中，并采用热解、电沉积、溶胶-凝胶或涂刷中的至少一种制备而成；有机物为芳香族化合物。
具体的，电极扩展层13为三维电极扩展层13，其金属材料选自于镍、钼、钴、铁、铬、锰或锆中至少一种，电极扩展层13的形成过程为：将金属材料和有机物进行复合后形成金属-有机复合物；其中有机物为芳香族化合物，例如苯、萘、蒽、菲及其衍生物、卤代芳香烃、芳香族硝基化合物、芳香醇、芳香酸、类固醇等中的至少一种。本实施例将金属-有机复合物按照0.5-1％的固体质量比溶解于非质子极性溶剂中，并采用热解、电沉积、溶胶-凝胶或涂刷中的至少一种方法制备而成，其中非质子极性溶剂包括二甲基甲酰胺(DMF溶液)、丙酮、二甲亚砜、异山梨醇二甲醚、四氢呋喃中的一种。
在一些实施例中，金属-有机复合物按照0.5-1％的固体质量比溶解于非质子极性溶剂中，其中固体质量比可以为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％或为其间的任意范围。本实施例中以利用涂刷可形成涂层方法为例得到电极扩展层13，具体为：在电极表面反复刷涂溶解有铁(II)-酞菁(FePc)复合物的DMF溶液(固体质量比：0.8％)，然后50度、真空干燥12h。
在一些实施例中，导电活性基体11还包括设置在基体11表面的电催化层12；电催化层12包括至少一种金属粒子电催化层12中的金属粒子与电极扩展层13中的金属材料中的金属保持一致，例如电催化层12中的金属粒子选自镍粒子时，电极扩展层13的金属材料也为镍，即电极扩展层13的金属材料始终与电催化层12中的金属粒子保持一致。
其中电催化层12的形成方法为：将镍粒子、钼粒子、钴粒子、铁粒子、铬粒子、锰粒子或锆粒子中至少一种的金属粒子的硝酸盐、氯化盐或硫酸盐配成浓度为0.1-0.3M的水溶液，并采用电沉积或浸渍-热解法制备而成，具体如下示例性所示：
其中电沉积法为：以导电活性基体11为阴极，以铂电极为阳极，配制金属盐水溶液(0.2mol/L，硫酸盐、硝酸盐或氯化盐)，加入一定量的还原剂(抗坏血酸，0.5g/L)、分散剂(十二烷基硫酸钠，0.1g/L)、pH缓冲剂(硼酸，10g/L)，在一定电压和电流密度下，沉积1-2min。
浸渍-热解法为：将导电活性基体11在金属盐溶液中充分浸渍1-2h，然后在氢气/氮气气氛下加热到600-900℃，反应2-3h。
本发明实施例电解制氢的电极采用泡沫基体11，在泡沫基体11上复合电催化层12形成导电活性基体11，并在导电活性基体11外利用金属材料和有机物复合的导电分子作为催化层，在电解过程中催化层可深入电解液内形成交错接触面，增大反应面积，提高动力学效率。
根据本发明的第二个方面提出了一种用于电解制氢的装置，包括
槽体，槽体内两端分别相对设置如上述任一实施例中的电极，形成阴极和阳极；和
隔膜2，其设置在槽体两端的电极之间；隔膜2包括多孔载体和固定在多孔载体表面和/或内部的液体电解质；且电极靠近隔膜2的一侧为电极扩展层13；隔膜2在其厚度方向上一侧与阳极紧邻，另一侧与阴极紧邻。
槽体可以为长方体形状，在槽体上设置有进液口和出液口，200-600℃的水蒸气进入流入和输出。
本实施例中的此外隔膜2在其厚度方向上分别与阳极和阴极紧邻具体如图1所示，且本实施例中隔膜2的厚度方向与导电活性基体11厚度方向保持一致，均与左右方向保持一致。
本实施例的用于电解制氢的装置中，因隔膜2的两面分别紧邻阳极和阴极，因此电解过程中产生的气体、离子的传递通过隔膜2和电极进行，传质阻力小，整体电阻小能够有效降低碱性电解制氢能耗，提高电解制得绿氢的经济性。
具体的，如图1所示，阳极或阴极与隔膜2紧邻，且阴极、阳极结构一致。其中图1中的上下方向上，由上到下依次为隔膜2、三维电极扩展层13、电催化层12和基体11；其中电催化层12由金属粒子构成，三维电极扩展层13中的圆形可理解为金属-有机复合物中的金属成分，三维电极扩展层13中的环状代表有机成分，三维电极扩展层13中的金属成分与隔膜2中OH-离子亲和，有利于电子从OH-向电极扩展层13传输；有机成分与电催化层12的金属颗粒亲和，有利于电子从电极扩展层13向电催化层12传输。整体上，阳极电极从OH-向电催化层12传输。此外图2和图3中分别示例出了阳极电极和阴极电极反应原理图，其中阳极电极中反应原理可表示为4OH-——>O2+2H2O；其中阴极电极中反应原理可表示为2H2O——>H2+2OH-。
在一些实施例中，多孔载体为金属氧化物气凝胶、碳气凝胶、有机物气凝胶或有机-无机复合气凝胶的至少一种；其中金属氧化物气凝胶中的金属氧化物为氧化锆、氧化钛、钛酸锶、钛酸锂、锆酸锶或锆酸锂中的至少一种。本实施例中的隔膜2采用气凝胶材料作为多孔结构，厚度为300-500微米，例如可为300微米、350微米、400微米、450微米、500微米或为其间的任意范围。其丰富的孔道为电解液提供了充足的存储空间和传导性，有利于降低欧姆电阻。此外，气凝胶材料具有良好的耐热性和耐碱性，提高寿命。
在一些实施例中，液体电解质为熔融的碱金属的氢氧化物和/或碱土金属的氢氧化物；碱金属包括锂、钠或钾中的至少一种；碱土金属包括镁、钙、锶或钡中的至少一种中的至少一种。本实施例中的液体电解质为熔融的碱金属的氢氧化物和/或碱土金属的氢氧化物，使得电解装置整体处于碱性环境，其工作温度区间为200-600℃，且在电解装置电解过程中只有阴性离子的定向运动。
具体的，本实施例中将液体电解质固定在多孔载体表面和/或内部其采用的方法为：将多孔载体浸渍在液体电解质中至少2h，通过毛细作用渗透到多孔载体的表面和/或内部。通过多孔载体浸渍在液体电解质中，将电解质固定在多孔载体上形成隔膜2，通过隔膜2与阴极和阳极的无间距接触，实现隔膜2与电极表面良好接触，即隔膜2与阴极可在电解过程中形成阴极三相界面产生氢气和氢氧根离子，隔膜2与阳极可在电解过程中形成阳极三相界面产生氧气和水蒸气。
在一些实施例中，电解制氢的装置还包括向槽体内的阴极端提供水蒸气的水蒸气供应单元。
具体的，水蒸气供应单元可理解为蒸发器；水蒸气供应单元可向槽体内的阴极端提供水蒸气，使得电解制氢的装置利用蒸气电解，可放宽对原料水来源的要求，采用海水、工业废水等，降低制氢成本，且水蒸气电解避免了气泡的产生，从而避免气泡产生的传质导电阻力。本实施例可提高电解温度、减少间距可有效提高反应效率、降低电阻；同时，不需要SOEC的高品位热能，可充分利用工厂余热。
如图4所示，根据本发明的第三个方面提出了一种用于电解制氢的装置电解制氢的方法，包括
组装电解制氢的装置，将阳极、阴极和隔膜2通过密封加压封装；
向阴极侧和阳极侧均通入200-600℃的水蒸气，在不通电的状态下活化0.5-1h使电极扩展层13获得与电解质的良好接触；200-600℃的水蒸气进入阴极侧，在阴极与隔膜2的接触面产生氢气和氢氧根离子；氢气通过阴极的排气口排出；
氢氧根离子穿过隔膜2到达阳极侧，在阳极与隔膜2的接触面产生氧气和水蒸气并从阳极的排气口排出。
本发明实施例中电解槽的工作过程为：
在通过阳极和阴极施加的外接直流电(1.3-2V)作用下以恒流模式进行电解；高温水蒸气进入阴极侧，电化学阴极在100-1000mA/cm2的电流密度下，在阴极三相界面(即阴极与电解质膜的接触面)产生氢气和氢氧根，氢气通过泡沫阴极，从阴极排气口排出；氢氧根离子通过电解质膜中的电解质到达阳极侧，在阳极三相界面(即阳极与电解质膜的接触面)产生氧气和水蒸气，氧气和水蒸气混合物从阳极排气口排出。本实施例中电解槽的工作温度范围宽为200-600℃，相对于固体氧化物型电解制氢，对热量输入要求低，对材料更友好，可适应的应用场景更广，实现了高温碱性电解制氢反应，有利于改善制氢热力学，降低能耗。
实施例1
以下，举出实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。各种的试验及评价按照下述的方法进行。另外，只要无特别说明，“份”、“％”为质量基准。
<用于电解制氢的电极的制备>
阴极和阳极为泡沫镍铁复合金属材料，阴极和阳极表面面对电解质膜的一侧包括铁(II)-酞菁(FePc)复合物涂层，在电解过程中部分溶解在电解质内，形成多维三相界面反应区域。涂层形成方式：在电极表面反复刷涂溶解有FePc的DMF溶液(固体质量比：0.8％)，然后真空干燥(50度，12h)。
<隔膜2的制备>
隔膜2为固定有液态电解质的锆酸锂气凝胶，锆酸锂气凝胶的厚度为300-500微米。液态电解质为熔融的KOH，通过毛细作用渗透到锆酸锂气凝胶中，作为隔膜2，同时起到电解质和隔膜2的作用。渗透过程：体系在液态电解质中浸渍2h以上
<电解槽的制备>
阴极，阳极和电解质膜通过密封加压封装，表面形成良好接触。活化温度：400℃；活化时间：0.5h。
在实际工作电流密度下(6000A/m2)，实施例1的小室电压与常规低温电解槽比较结果如下表1。
表1：不同温度下的小室电压和能效对比表
常规低温槽 实施例1
温度(℃) 95 400
小室电压(V) 1.98 1.65
能效(％LHV) 62.1 74.5
实施例2和实施例3中除了按照表2调整基体11、电催化层12以外，其余与实施例1相同。各实施例组成及电解电压(电流密度6000A/m2)如表2所示。
表2各实施例中电解槽内的组成表及电解电压
Figure BDA0003726520160000081
实验例
电解制氢的理论能耗
根据电化学原理，电解制氢反应的理论平衡电位可近似为：
U＝1.23-0.3×10-3(T-298)
其中，U是电解制氢反应的理论平衡电位，单位为V，也就是电解制氢反应的热力学理论能耗。T是热力学温度。从公式和表3中的数据可以明显看出，随着温度的升高，电解制氢反应的理论平衡电位随之降低，也就是电解制氢的理论能耗降低。
表3电解制氢反应的热力学理论能耗表
Figure BDA0003726520160000082
电流密度可以反映电解制氢反应的速度，即动力学情况。在电化学反应动力学速度较快时，同等电流密度下，电化学极化过电位低，小室电压较低。因此，通过比较同等电流密度下的小室电压可反映电化学反应的动力学特性。
对比例1
对比例1中的仅调整了电极中无电极扩展层13的技术特征，其他技术特征与实施例1相同。在温度为400℃时，实施例1中电解槽内的电极中有电极扩展层13的电解槽的小室电压为1.65V，对比例1中没有电极扩展层13的电解槽的小室电压为1.75V。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于电解制氢的电极，其特征在于，包括
导电活性基体，其包括基体；和
电极扩展层；其至少为一层设置在所述导电活性基体厚度方向上的至少一侧；其中所述电极扩展层包括将金属材料和有机物复合后按照0.5-1％的固体质量比溶解于非质子极性溶剂中，并采用热解、电沉积、溶胶-凝胶或涂刷中的至少一种制备而成；所述有机物为芳香族化合物。
2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述导电活性基体还包括设置在所述基体表面的电催化层；所述电催化层包括至少一种金属粒子所述电催化层中的所述金属粒子与所述电极扩展层中的所述金属材料中的金属保持一致。
3.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电催化层中的所述金属粒子包括镍粒子、钼粒子、钴粒子、铁粒子、铬粒子、锰粒子或锆粒子中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述基体为多孔板、无孔板或网状结构的泡沫基体。
5.一种用于电解制氢的装置，其特征在于，包括
槽体，所述槽体内两端分别相对设置如权利要求1或2中所述的电极，形成阴极和阳极；和
隔膜，其设置在所述阴极和所述阳极之间；所述隔膜包括多孔载体和固定在所述多孔载体表面和/或内部的液体电解质；且所述阴极和所述阳极靠近所述隔膜的一侧为所述电极扩展层；所述隔膜在其厚度方向上一侧与所述阳极紧邻，另一侧与所述阴极紧邻。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述多孔载体为金属氧化物气凝胶、碳气凝胶、有机物气凝胶或有机-无机复合气凝胶的至少一种；其中所述金属氧化物气凝胶中的金属氧化物为氧化锆、氧化钛、钛酸锶、钛酸锂、锆酸锶或锆酸锂中的至少一种。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，将所述液体电解质固定在所述多孔载体表面和/或内部的方法为：将所述多孔载体浸渍在液体电解质中至少2h，通过毛细作用渗透到所述多孔载体的表面和/或内部。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述液体电解质为熔融的碱金属的氢氧化物和/或碱土金属的氢氧化物；所述碱金属包括锂、钠或钾中的至少一种；所述碱土金属包括括镁、钙、锶或钡中的至少一种。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括向所述槽体内的阴极端提供水蒸气的水蒸气供应单元。
10.一种电解制氢的方法，其特征在于，利用如权利要求5-9任一所述的电解制氢的装置进行电解制氢，包括：
组装所述电解制氢的装置，将阳极、阴极和隔膜通过密封加压封装；
200-600℃的水蒸气进入所述阴极侧，在所述阴极与隔膜的接触面产生氢气和氢氧根离子；所述氢气通过阴极的排气口排出；
所述氢氧根离子穿过所述隔膜到达阳极侧，在所述阳极与所述隔膜的接触面产生氧气和水蒸气并从所述阳极的排气口排出。
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