紀(jì)常偉，馮雨1，汪碩峰，張擘1，徐溥言1，余夢輝1

（1.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院區(qū)域大氣復(fù)合污染防治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100124；2.北京電動車輛協(xié)同創(chuàng)新中心，北京100081）

添加劑對車載制氫機(jī)制氫效率影響的實(shí)驗(yàn)研究

紀(jì)常偉1，2，馮雨1，汪碩峰1，2，張擘1，徐溥言1，余夢輝1

（1.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院區(qū)域大氣復(fù)合污染防治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100124；2.北京電動車輛協(xié)同創(chuàng)新中心，北京100081）

針對摻氫汽油機(jī)汽車使用的車載制氫機(jī)效率偏低問題，在制氫機(jī)性能實(shí)驗(yàn)臺上研究加入添加劑對制氫機(jī)效率的影響。在電解電流為40 A，初始溫度為23.7℃，初始壓力為0.1 MPa條件下，對電解質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%的KOH溶液與其對應(yīng)單位體積中含有0.3 g重鉻酸鉀KOH溶液的電解電壓與制氫效率進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%KOH溶液中加入重鉻酸鉀電解電壓分別降低0.16 V、0.19 V和0.09 V，制氫效率分別提高2.14%、2.78%和1.46%，制氫效率比分別提高5.23%、6.71%和3.47%；在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%KOH溶液中加入重鉻酸鉀效果最好，可以有效提高制氫效率。

動力機(jī)械工程；車載制氫機(jī)；氫氧化鉀；添加劑；制氫效率；重鉻酸鉀

0 引言

氫氣不但具有可再生性及清潔性的優(yōu)點(diǎn)，還具有熱值高、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤臁⒅鸾缦迣捈包c(diǎn)火能量低等特性，因此是可以應(yīng)用于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的全新替代燃料［1-4］。氫能在內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用大致分為純氫內(nèi)燃機(jī)和摻氫內(nèi)燃機(jī)兩種。目前已有學(xué)者對純氫內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行了研究，Yang等［5］通過實(shí)驗(yàn)的方法研究了純氫內(nèi)燃機(jī)早燃與回火現(xiàn)象之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)純氫內(nèi)燃機(jī)中的早燃和回火有相互促進(jìn)的作用。相比純氫內(nèi)燃機(jī)而言，摻氫內(nèi)燃機(jī)耗氫量較低，因此摻氫內(nèi)燃機(jī)可以采用車載制氫機(jī)為車輛供應(yīng)所需氫氣。目前已有學(xué)者開展了摻氫內(nèi)燃機(jī)的相關(guān)研究，汪碩峰等［6］通過在摻氫汽油機(jī)實(shí)驗(yàn)臺架上進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)表明摻混氫氣能夠有效提升汽油機(jī)熱效率并降低有害排放。文獻(xiàn)［7-10］對氫氣—天然氣混合燃料內(nèi)燃機(jī)在不同摻氫分?jǐn)?shù)、過量空氣系數(shù)和點(diǎn)火角條件下的燃燒與排放特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相同過量空氣系數(shù)下，摻氫有利于降低天然氣內(nèi)燃機(jī)的循環(huán)變動。同時(shí)摻氫后內(nèi)燃機(jī)稀燃極限所對應(yīng)的過量空氣系數(shù)明顯提高。張繼春等［11］對摻氫比對天然氣發(fā)動機(jī)燃燒放熱影響進(jìn)行了研究，通過對天然氣摻氫發(fā)動機(jī)的放熱過程分析得出，隨著摻氫比的增大，燃燒速度變快，燃燒期變短。雖然摻氫汽油機(jī)耗氫量較小，但是由于目前國內(nèi)外氫基礎(chǔ)設(shè)施較匱乏，為解決加氫不便的問題，提出了車載制氫機(jī)電解堿液來制取氫氣的方法［12］，然而目前市場上的堿液制氫機(jī)效率不高，能量轉(zhuǎn)化率低，因此提高制氫機(jī)效率尤為重要。改變電極特性和向堿液中加入添加劑是改善制氫機(jī)效率的主要途徑。大量學(xué)者進(jìn)行了研究，Wendt等［13］制備了Raney鎳活化鐵陽極，實(shí)驗(yàn)表明可以降低水電解能耗。胡偉康等［14］對堿性電解水活性陰極材料進(jìn)行了研究，結(jié)果表明Raney鎳合金、鎳鉬合金和斕鎳系儲氫合金電極在堿性電解水制氫方面均有極高的電催化活性，可以有效降低能耗。姜春蘭［15］提出利用添加劑降低水電解能耗技術(shù)，在國內(nèi)7臺DY-125型電解槽及12臺DY-50型水電解槽上應(yīng)用，結(jié)果表明每臺電解槽平均節(jié)電率為8.5%以上。李效文［16］在DY-144型電解槽中加入添加劑，結(jié)果表明使用添加劑可以降低電解槽的能耗和降低槽溫，節(jié)約冷卻用水。王迪［17］通過將五氧化二釩作為添加劑加入電解液中，發(fā)現(xiàn)此方法可以降低電解槽極間電壓。魏子棟等［18］使用陽離子表面活性劑十六烷三甲基溴化銨作為添加劑電解水制氫，發(fā)現(xiàn)在酸性介質(zhì)中可以有效降低析氧電位。

目前國內(nèi)外已經(jīng)針對制氫機(jī)節(jié)能問題進(jìn)行了研究，但大部分研究集中在工業(yè)電解堿液制氫領(lǐng)域，電解溫度和電解壓力較高，在制氫機(jī)節(jié)能方面并沒有具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。相比之下，針對車載制氫機(jī)節(jié)能問題的研究還尚缺深入的研究與探索。

向電解液中加入添加劑是改善制氫機(jī)效率的有效途徑。由于堿液中含有金屬雜質(zhì)離子，在電解堿液制氫過程中這些金屬雜質(zhì)離子會沉積附著在電極上降低電極的活性，導(dǎo)致電解堿液制氫效率不高。相比于其他添加劑，由于KOH溶液中有大量K+，選擇重鉻酸鉀作為添加劑原因在于向KOH溶液中加入重鉻酸鉀不會產(chǎn)生新的金屬離子，同時(shí)重鉻酸鉀有強(qiáng)氧化性，可以增加電極的表面活性。加入重鉻酸鉀使水分子具有極性方向，在直流電作用下更易向陰極遷移生成氫氣。隨著電解的進(jìn)行，電解溫度會升高導(dǎo)致電阻下降，堿液更易對電極腐蝕，加入重鉻酸鉀會生成氧化層保護(hù)電極，從而降低能耗。析氫過電位由分子氫在溶液中過量累積引起，加入重鉻酸鉀提高金屬—?dú)滏I吸附自由能，減少分子氫在溶液中的累積量，降低析氫過電位，從而降低能耗。加入重鉻酸鉀使陰極涂層剝落空點(diǎn)被重新覆蓋，使陰極保持較高活性，提高制氫速率。

因此，本文在制氫機(jī)性能實(shí)驗(yàn)臺上進(jìn)行研究，研究加入重鉻酸鉀作為添加劑對制氫機(jī)效率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

該實(shí)驗(yàn)在型號為SHC-300的制氫機(jī)上進(jìn)行，該機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1.

表1　SHC-300制氫機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of hydrogen generator

制氫機(jī)性能測試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺原理圖如圖1所示，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的參數(shù)如表2所示。

圖1　制氫機(jī)性能測試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺原理圖Fig.1 Schematic diagram of hydrogen generator testing bench

表2　實(shí)驗(yàn)設(shè)備參數(shù)Tab.2 Parameters of test apparatus

該系統(tǒng)中的電解槽為雙極式堿性電解槽，主要由電源、電解槽箱體、陰陽性電極及膈膜組成。電解槽分為陰極面和陽極面，相鄰兩塊電極板之間用絕緣密封墊片隔開。相鄰電極與中間的電解液、絕緣密封墊片構(gòu)成一個(gè)電解槽小室。電流調(diào)節(jié)器控制電解電流，壓力調(diào)節(jié)器控制電解壓力，通入冷卻水可以控制電解溫度，由水箱向堿液儲罐加入適量純水保證堿液儲罐中的水位基本保持不變，從而控制電解液濃度。在系統(tǒng)中還可測量電解槽內(nèi)堿液pH值，利用冷卻水套管與變色硅膠對制取的H2分別進(jìn)行冷卻與干燥。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

在電流不變的條件下進(jìn)行制氫機(jī)性能測試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。電解電流設(shè)為40 A，依次配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、30%和40%的KOH溶液，電解過程中保持KOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，初始溫度為23.7℃，初始壓力為0.1 MPa條件下，電解堿液制氫與相同條件下電解單位體積中含有0.3 g重鉻酸鉀堿液制氫進(jìn)行對比，為保證測量數(shù)據(jù)的可靠性，每個(gè)工況進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)取平均值作為最終結(jié)果。以下對理論制氫速率進(jìn)行計(jì)算：

電解電流定義

式中：N為摩爾數(shù)（mol）.

制氫效率是評價(jià)車載制氫機(jī)運(yùn)行過程中性能的重要指標(biāo)。由于車載制氫機(jī)工作時(shí)所消耗的電能為輸入能量，制得氫氣的能量含量為輸出能量。因此車載制氫機(jī)的制氫效率為輸出能量與輸入能量之比［19］，即

式中：vH2為制氫速率（mL/min）；ρH2為 H2密度（g/L）；LH2為 H2低熱值（MJ/kg）；U為電解電壓（V）。

電解電壓等于電解槽中所有電解槽小室電壓之和，槽電流與每一個(gè)電解槽小室流過的電流相等。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)生的氣體逐漸增多。隨著電解的進(jìn)行，電解溫度逐漸升高，電極表面逐漸被氣泡覆蓋，由析氧超電位電阻、正極電阻、氧氣氣泡產(chǎn)生的電阻、膈膜電阻、電解質(zhì)中離子產(chǎn)生的電阻、負(fù)極電阻和氫氣氣泡產(chǎn)生的電阻組成的極間電阻減小，電解電壓下降。圖2給出了0.1 MPa條件下，理論制氫速率與實(shí)際制氫速率隨電解電流的變化關(guān)系。圖2中的實(shí)際制氫速率在電解溫度為23.7℃，電解電壓為0.1 MPa條件下，使電流分別為10 A、20 A、30 A和40 A時(shí)測得，為保證測量數(shù)據(jù)的可靠性，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)取平均值作為最終結(jié)果。從圖2中可以看出，理論制氫速率與實(shí)際制氫速率隨電流的升高而升高。當(dāng)電解電流為40 A時(shí)，實(shí)際制氫速率與對應(yīng)的理論制氫速率偏差較大，可以認(rèn)為此電解電流條件下制氫速率可提高的潛力最大，提高制氫效率的潛力也最大。工業(yè)上電解堿液制氫一般采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～40%的KOH溶液，因?yàn)镵OH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于40%腐蝕性過高，會對制氫系統(tǒng)造成損害。堿液中添加劑含量不宜過高，約為整個(gè)堿液質(zhì)量的0.05%.工業(yè)上多采用重鉻酸鉀和五氧化二釩作為添加劑加入到堿液中制取氫氣。因此，實(shí)驗(yàn)研究選擇電解電流為40 A（初始溫度為23.7℃，初始電解壓力為0.1 MPa）條件下，電解質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%的KOH溶液與其對應(yīng)單位體積中含有0.3 g重鉻酸鉀KOH溶液進(jìn)行比較。

圖2　理論與實(shí)際制氫速率對比圖Fig.2 Comparison of theoretical and practical hydrogen production rates

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1添加劑對KOH溶液電解溫度的影響

圖3給出了加添加劑前后KOH溶液電解溫度隨時(shí)間的變化。從圖3中可以看出，加添加劑前后KOH溶液電解溫度均隨時(shí)間增長而升高，加添加劑對KOH溶液電解溫度的變化無影響。造成此現(xiàn)象的原因在于隨著電解的進(jìn)行，通電電流會不斷產(chǎn)生熱量，向溶液放熱，導(dǎo)致KOH溶液的溫度升高。然而加添加劑僅對電極產(chǎn)生作用，并沒有改變KOH溶液的性質(zhì)，因此電解溫度變化趨勢不變。

圖3　KOH溶液溫度隨時(shí)間的變化Fig.3 Temperature versus time

2.2添加劑對KOH溶液電解電壓的影響

圖4給出了在電解電流為40 A條件下，KOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%時(shí)，加添加劑前后電解電壓隨時(shí)間的變化。從圖4中可以看出，加添加劑前后質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%和40%的KOH溶液電解電壓均隨時(shí)間增長而降低且趨勢變緩，加添加劑的效果隨時(shí)間增長而變差。加添加劑前后質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的KOH溶液電解電壓隨時(shí)間增長而降低且趨勢變快，加添加劑的效果隨時(shí)間增長而變好。對于20%KOH溶液，加添加劑前電解電壓降低0.27 V，加添加劑后電解電壓降低0.40 V，加添加劑前后電解電壓平均降低0.16 V.對于30% KOH溶液，加添加劑前電解電壓降低0.19 V，加添加劑后電解電壓降低0.23 V，加添加劑前后電解電壓平均降低0.19 V.對于40%KOH溶液，加添加劑前電解電壓降低0.09 V，加添加劑后電解電壓降低0.10 V，加添加劑前后電解電壓平均降低0.09 V.造成此現(xiàn)象的原因在于隨著電解的進(jìn)行，KOH溶液電解溫度和電解壓力均會升高，水的電解能力得到提高，KOH溶液電阻會降低，從而可以有效降低電解電壓，電解等量水所需電能減少。另外，在電場的作用下，添加劑在陰極形成了一層活性物［15］，使陰極析氫過電位降低，導(dǎo)致電解電壓降低。隨著電解的進(jìn)行，KOH溶液電解壓力會升高導(dǎo)致電解液電阻降低，但電解壓力過大會增加氧氣與氫氣的溶解度，從而使制氫效率降低。加添加劑后使電極表面的雜質(zhì)被強(qiáng)烈氧化，增加了電極表面活性，從而電解電壓降低。KOH溶液電解過程中的電解電壓必須克服電極極化電動勢和電壓降，溫度升高導(dǎo)致離子所含的能量增加，更容易在電場作用下生成氫氣和氧氣。加添加劑能有效地降低溶劑的重組活化能［18］，從而使電解電壓下降。

圖4　KOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%時(shí)電壓隨時(shí)間的變化Fig.4 Voltage versus time for KOH mass fractions of 20%，30%and 40%

圖5給出了KOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%時(shí)，加添加劑前后電解電壓降低值隨時(shí)間的變化。從圖5可以看出，電解電流為40 A條件下，電解加添加劑后的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%KOH溶液降低的電壓值最大，為0.19 V.造成此現(xiàn)象的原因在于KOH溶液的電解電壓與氫氧超電位有關(guān)［20］，KOH溶液氫氧超電位隨濃度的升高而降低。隨著電解的進(jìn)行，H3O+和H2O向電極遷移，隨后在電極表面放電，H原子吸附在電極表面，最后在電極表面生成H2.加入重鉻酸鉀使電極表面的雜質(zhì)被強(qiáng)烈氧化，鉻由+6價(jià)變?yōu)?3價(jià)，從而增加電極的表面活性，使H原子更易吸附在電極表面，從而降低電解電壓。向質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的單位體積KOH溶液中加入0.3 g重鉻酸鉀效果最好，更有利于制氫機(jī)節(jié)能。

圖5　KOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%時(shí)電壓降低值隨時(shí)間的變化Fig.5 Decreased voltage versus time for KOH mass fractions of 20%，30%and 40%

2.3添加劑對KOH溶液制氫效率的影響

圖6給出了KOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、 30%和40%時(shí)，加添加劑前后制氫效率隨時(shí)間的變化。從圖6可以看出，電解電流為40 A條件下，電解質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%KOH溶液，與加添加劑后所對應(yīng)的制氫效率對比，制氫效率均隨時(shí)間增長而升高。電解質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30% 和40%KOH溶液的制氫效率分別為38.16%、38.48%和40.48%.電解過程中制氫效率分別提高4.24%、2.95%和1.95%.加添加劑后電解質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%KOH溶液的制氫效率分別為40.30%、41.26%和41.95%，電解過程中制氫效率分別提高6.31%、4.19%和2.21%.造成此現(xiàn)象的原因在于隨著電解的進(jìn)行，KOH溶液電解溫度和電解壓力均會升高，使H+和OH-更加容易得失電子生成氫氣和氧氣，從而制氫速率會小幅升高。同時(shí)KOH溶液內(nèi)電阻會降低，導(dǎo)致電解電壓下降。根據(jù)（2）式可得制氫效率也升高。

圖6　KOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%時(shí)制氫效率隨時(shí)間的變化Fig.6 Hydrogen production efficiency versus time for KOH mass fractions of 20%，30%and 40%

圖7給出了KOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%時(shí)，加添加劑前后制氫效率提高值隨時(shí)間的變化。從圖7可以看出，電解電流為40 A條件下，加添加劑后電解質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%的 KOH溶液，其制氫效率提高值分別為2.14%、2.78%和1.46%，加添加劑后電解質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的KOH溶液制氫效率提高值最大。造成此現(xiàn)象的原因在于隨著電解的進(jìn)行，由于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的KOH溶液中含有較多金屬雜質(zhì)離子，這些金屬雜質(zhì)離子在電極上迅速沉積降低電極活性，導(dǎo)致加添加劑后提高制氫效率效果不明顯。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的KOH溶液由于電解能力不足，加入添加劑后相比于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的KOH溶液提高制氫效率效果也不明顯。

圖7　KOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%時(shí)制氫效率提高值隨時(shí)間的變化Fig.7 Increased hydrogen production efficiency versus time for KOH mass fractions of 20%，30%and 40%

圖8給出了KOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%時(shí)，加添加劑前后制氫效率提高比隨時(shí)間的變化。從圖8可以看出，電解電流為40 A條件下，加添加劑后電解質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%的 KOH溶液，其制氫效率提高比分別為5.23%、6.71%和3.47%.在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的KOH溶液中加入添加劑對車載制氫機(jī)制氫效率的提高效果較好。

3 結(jié)論

本文實(shí)驗(yàn)在電解電流為40 A條件下進(jìn)行，電解質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%的KOH溶液制氫，隨著電解的進(jìn)行，保持質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變。隨后向單位體積KOH溶液中加入0.3 g重鉻酸鉀作為添加劑電解制氫，對加添加劑前后的節(jié)能及提高制氫效率的效果進(jìn)行比較，得出以下結(jié)論：

圖8　KOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%時(shí)制氫效率提高比隨時(shí)間的變化Fig.8 Increased hydrogen production efficiency ratio versus time for KOH mass fractions of 20%，30%and 40%

1）KOH溶液的電解溫度隨時(shí)間增長而升高，加入重鉻酸鉀對KOH溶液電解溫度的變化趨勢無影響。

2）在質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%KOH溶液加入重鉻酸鉀電解電壓分別降低0.16 V、0.19 V 和0.09 V.

3）在質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、30%和40%KOH溶液加入重鉻酸鉀，制氫效率分別提高2.14%、2.78%和1.46%，制氫效率比分別提高5.23%、6.71%和3.47%.另外，在電解電流不變的條件下加入重鉻酸鉀能有效提高車載制氫機(jī)制氫效率，從而降低車載制氫機(jī)能耗，達(dá)到節(jié)能目的。

4）在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的KOH溶液中加入重鉻酸鉀可以更有效降低電解電壓并提高制氫效率，且由于其質(zhì)量分?jǐn)?shù)適中，不會損壞車載制氫機(jī)內(nèi)部，不但能使車載制氫機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也可以延長壽命，降低成本。

（References）

［1］ 吳森，錢玉龍.內(nèi)燃機(jī)摻氫燃燒可行性分析［J］.汽車工程師，2010（4）：50-53. WU Sen，QIAN Yu-long.Feasibility analysis on the internal combustion engine mixed with hydrogen combustion［J］.Auto Engineer，2010（4）：50-53.（in Chinese）

［2］ D’Andrea T，Henshaw P F，Ting D S K.The addition of hydrogen to a gasoline-fuelled SI engine［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2004，29（14）：1541-1552.

［3］ Momirlan M，Veziroglu T N.The properties of hydrogen as fuel tomorrow in sustainable energy system for a cleaner planet［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2005，30（7）：795-802.

［4］ Shudo T.Improving thermal efficiency by reducing cooling lossesin hydrogen combustion engines［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2007，32（17）：4285-4293.

［5］ Yang Z Z，Wang L，Zhang Q.Research on optimum method to eliminate backfire of hydrogen internal combustion engines based on combining postponing ignition timing with water injection of intake manifold［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2012，37（17）：12868-12878.

［6］ 汪碩峰.摻氫汽油機(jī)燃燒與排放特性的實(shí)驗(yàn)研究［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2013. WANG Shuo-feng.Experimental investigation on combustion and emissions characteristics of a hydrogen-blended gasoline engine ［D］.Beijing：Beijing University of Technology，2013.（in Chinese）

［7］ Ma F H，Ding S，Wang Y，et al.Performance and emissions characteristics of a spark-ignition（SI）hydrogen-enriched compressed natural gas（HCNG）engine under various operating conditions including idle conditions［J］.Energy Fuels，2009，23（6）：3113-3118.

［8］ Ma F H，Wang Y.Study on the extension of lean operating limit through hydrogen enrichment in a natural gas spark-ignition engine ［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2008，33（4）：1416-1424.

［9］ 馬凡華，陳仁哲，齊政亮，等.火花點(diǎn)火天然氣發(fā)動機(jī)起動階段HC排放特性研究［J］.內(nèi)燃機(jī)工程，2012，33（3）：10-19. MA Fan-hua，CHEN Ren-zhe，QI Zheng-liang，et al.HC emission characteristics of spark ignition CNG engine during starting period.［J］.Chinese Internal Combustion Engine Engineering，2012，33（3）：10-19.（in Chinese）

［10］ Ma F H，Wang Y，Liu H，et al.Experimental study on thermal efficiency and emission characteristics of a lean burn hydrogen enriched natural gas engine［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2007，32（18）：5067-5075.

［11］ 張繼春，李興虎，楊建國，等.摻氫比對天然氣發(fā)動機(jī)燃燒放熱影響的研究［J］.內(nèi)燃機(jī)工程，2009，30（1）：15-18. ZHANG Ji-chun，LI Xing-hu，YANG Jian-guo，et al.Effect of different fraction of hydrogen addition on combustion mass fraction of a spark ignition engine fueled with natural gas［J］.Chinese Internal Combustion Engine Engineering，2009，30（1）：15-18. （in Chinese）

［12］ Ji C W，Wang S F，Zhang B，et al.Emissions performance of a hybrid hydrogen-gasoline engine-powered passenger car under the new european driving cycle［J］.Fuel，2013，106：873-875.

［13］ Wendt H，Plzak V.Electro catalytic and thermal activation of anode oxygen and catholic hydrogen evolution in alkaline water electrolysis［J］.Electrochemical Acta，1983，28（1）：27-34.

［14］ 胡偉康，張?jiān)适?，宋德瑛，?堿性電解水制氫的活性陰極材料［J］.高技術(shù)通訊，1995（8）：55-60. HU Wei-kang，ZHANG Yun-shi，SONG De-ying，et al.Active cathode material for hydrogen production from alkaline electrolysis water［J］.High Tech Communication，1995（8）：55-60.（in Chinese）

［15］ 姜春蘭.水電解制氫節(jié)能技術(shù)探討［J］.冶金動力，1995（1）：38-39. JIANG Chun-lan.Investigation on the saving energy technology about hydrogen production by electrolysis of water［J］.Metallurgical Power，1995（1）：38-39.（in Chinese）

［16］ 李效文.應(yīng)用添加劑法降低水電解能耗［J］.有色冶金節(jié)能，1994（3）：1-3. LI Xiao-wen.Using additives to reduce the energy consumption of water electrolysis［J］.Energy Saving of Non-Ferrous Metallurgy，1994（3）：1-3.（in Chinese）

［17］ 王迪.水電解過程中的節(jié)能與降耗［J］.中國鉬業(yè)，1998，22（3）：44-46. WANG Di.Energy saving and consumption in the process of electrolysis of water［J］.China Molybdenum Industry，1998，22（3）：44-46.（in Chinese）

［18］ 魏子棟，洪燕，李蘭蘭，等.HTMAB對碳電極上電解水的促進(jìn)作用［J］.化工學(xué)報(bào)，2004，55（增刊）：265-268. WEI Zi-dong，HONG Yan，LI Lan-lan，et al.Water electrolysis on carbon electrodes enhanced by HTMAB［J］.Journal of Chemical Industry and Engineering（China），2004，55（S）：265-268.（in Chinese）

［19］ 劉明義，于波，徐景明.固體氧化物電解水制氫系統(tǒng)效率［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，49（6）：868-871. LIU Ming-yi，YU Bo，XU Jing-ming.Efficiency of solid oxide water electrolysis system for hydrogen production［J］.Journal of Tsinghua University：Science and Technology，2009，49（6）：868-871.（in Chinese）

［20］ 吳素芳.氫能與制氫技術(shù)［M］.浙江：浙江大學(xué)出版社，2014. WU Su-fang.Hydrogen energy and hydrogen producing technologies［M］.Zhejiang：Zhejiang University Press，2014.（in Chinese）

Effect of Additive on Performance of On-board Hydrogen Generator with Different Mass Fractions of KOH Liquor

JI Chang-wei1，2，F(xiàn)ENG Yu1，WANG Shuo-feng1，2，ZHANG Bo1，XU Pu-yan1，YU Meng-hui1
（1.Key Laboratory of Beijing on Regional Air Pollution Control，College of Environmental and Energy Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China；2.Collaborate Innovation Center of Electric Vehicles in Beijing，Beijing 100081，China）

In view of the low efficiency of on-board hydrogen generator used in the vehicle with hydrogenblended gasoline engine，the effect of additive on the performance of on-board hydrogen generator with different mass fractions of KOH liquor is tested on a hydrogen generator testing bench.The experiment is carried out under the conditions of electrolytic current of 40 A，initial temperature of 23.7℃ and initial pressure of 0.1 MPa.The mass fractions of KOH are kept at 20%，30%and 40%in the KOH liquor. For each KOH mass fraction，the effect of addition of 0.3 g K2Cr2O7on the electrolytic voltage and hydrogen production efficiency is investigated.The experimental results indicate that，when 20%，30%and 40%KOH liquors are added into K2Cr2O7，respectively，the electrolytic voltages are reduced by 0.16 V，0.19 V and 0.09 V，the hydrogen efficiencies are increased by 2.14%，2.78%and 1.46%，respectively，and the hydrogen efficiency ratios are increased by 5.23%，6.71%and 3.47%.The hydrogen production efficiency is effectively increased by adding 30%KOH liquor into K2Cr2O7.

power machinery engineering；on-board hydrogen generator；KOH；additive；hydrogen production efficiency；K2Cr2O7

TK91

A

1000-1093（2016）03-0570-07

10.3969/j.issn.1000-1093.2016.03.026

2015-07-16

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51476002）；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2013CB228403）；北京市科學(xué)技術(shù)委員會科技計(jì)劃項(xiàng)目（Z141100003814017）

紀(jì)常偉（1965—），男，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail：chwji@bjut.edu.cn