在“科普光伏電解水裝置制氫效率的計(jì)算方法”和“電能傳遞效率,、質(zhì)子交換膜效率的計(jì)算方法”這兩篇文章中,，我們已經(jīng)了解了影響光伏電解水制氫效率3個(gè)因素：光伏電池效率η_m、光伏電池與電解槽之間的傳遞效率η_t和質(zhì)子交換膜效率η_e,，它們直接影響光伏電解槽制氫的可行性和效率,。

其中質(zhì)子交換膜效率η_e計(jì)算公式中有一個(gè)重要的參數(shù)——電解槽功率P_e，因其計(jì)算過(guò)程復(fù)雜,，前文并未展開(kāi)討論,，本期將著重探討。

電解槽的功率P_e

電解槽的功率P_e的計(jì)算方法如下：

其中,，R_I是電解槽等效內(nèi)阻,，是由電解槽內(nèi)部電阻和與之并聯(lián)的電解液電阻合并而成，單位為Ω,；

R_L為漏阻,，反映了電解槽的漏電程度，是電解槽內(nèi)部陰極室與陽(yáng)極室間隔膜的電阻阻值,，通過(guò)測(cè)量得知,，單位為Ω；

E是水分解反應(yīng)需要的最小電壓,，理論值為1.23 V,，實(shí)際使用時(shí)，需要實(shí)際情況測(cè)定得出,，單位為V,；

V_con是濃度過(guò)電位，是指電解過(guò)程中由于電解液的濃度差引起的過(guò)電位,，單位為V,；

V_act是活化過(guò)電位，指在電化學(xué)反應(yīng)中需要克服的額外能量,，陽(yáng)極活化過(guò)電位主要由氫氧化物離子的生成速率決定，而陰極活化過(guò)電位主要由氧氣的還原速率決定,，單位為V,；

V_ohm是歐姆過(guò)電位，是指電極表面的電勢(shì)隨著電流密度的增加而產(chǎn)生的變化值,，單位為V,；

I_e為電解槽的電流。

_Ve是電解槽的電壓,，單位為V,。

各參數(shù)的計(jì)算方法

電解槽的電流I_e計(jì)算方法如下：

i_e為電流密度,，單位為A/m²；

_Ae為電解槽電極的有效面積,，單位為m²,；

電解槽的等效內(nèi)阻R_I計(jì)算方法如下：

V_con是濃度過(guò)電位，電解過(guò)程中由于電解液的濃度差引起的過(guò)電位,，單位為V,；V_act是活化過(guò)電位，電化學(xué)反應(yīng)中需要克服的額外能量,，陽(yáng)極活化過(guò)電位主要由氫氧化物離子的生成速率決定,，而陰極活化過(guò)電位主要由氧氣的還原速率決定，單位為V,；V_ohm是歐姆過(guò)電位,，是指電極表面的電勢(shì)隨著電流密度的增加而產(chǎn)生的變化值，單位為V,；I_e為電解槽的電流,。

電解槽的電壓V_e計(jì)算方法如下：

水分解反應(yīng)需要的最小電壓E計(jì)算方法如下：

其中，T是電解槽工作溫度,，T₀是環(huán)境溫度,，p_H?，p_O?,，p_H?O是反應(yīng)物/生成物的分壓,；V_con是濃度過(guò)電位，是指電解過(guò)程中由于電解液的濃度差引起的過(guò)電位,，單位為V,；V_act是活化過(guò)電位，指在電化學(xué)反應(yīng)中需要克服的額外能量,，陽(yáng)極活化過(guò)電位主要由氫氧化物離子的生成速率決定,，而陰極活化過(guò)電位主要由氧氣的還原速率決定，單位為V,；V_ohm是歐姆過(guò)電位,，是指電極表面的電勢(shì)隨著電流密度的增加而產(chǎn)生的變化值，單位為V,；

濃度過(guò)電位V_con計(jì)算方法如下：

低電流密度下,，濃度過(guò)電位V_con可以忽略不計(jì)。i_e＜10000 Am?²,。

其中,，i_e為電流密度，單位為A/m²,；β₁是一個(gè)常數(shù),，與溫度有關(guān),，結(jié)合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)方法，需要查閱相關(guān)的文獻(xiàn),，或者對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,，才能獲得；i_L是極限電流密度,，取決于電極和電解質(zhì)的性質(zhì),，以及電化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征，單位為A/m²,；β₂是一個(gè)常數(shù),，結(jié)合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)方法，需要查閱相關(guān)的文獻(xiàn),，或者對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,，才能獲得。

活化過(guò)電位V_act計(jì)算方法如下：

其中,，R是氣體常數(shù),，為8.314 J/mol·K?¹；n_e是參與反應(yīng)的電子,；F是法拉第常數(shù),，為96485 C/mol；為電流密度,，單位為A/m²,；i₀是交流電電流密度，為1.08×10^-17e^^0.086T,；T為溫度,，單位為K。

歐姆過(guò)電位V_ohm計(jì)算方法如下：

d_m是膜的厚度,，單位為mm,；

τ_m是膜的導(dǎo)電性，表示單位長(zhǎng)度（通常是1 m）上的電解質(zhì)對(duì)電流的導(dǎo)電能力,；單位為S/m,；

膜的導(dǎo)電性τ_m計(jì)算方法如下：

φ_m是膜濕度，計(jì)算方法如下：

當(dāng)膜完全加濕時(shí),，膜水活度a=1,；T為溫度，單位為K,。

以上內(nèi)容如有錯(cuò)誤，請(qǐng)大家指正,！

參考文獻(xiàn)