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电解水制氢技术日渐成熟,制氢装置应用广泛,因此设计合理的电解池是提高电解效率的研究热点之一。固体聚合物电解池具有装置精巧、高效、氢气纯度高以及系统安全系数高等优点,本文以固体聚合物电解池作为研究重点,以高效的小型制氢设备为目标,对设计制作的微流道膜式固体聚合物电解池开展了实验研究。对电解水制氢的热力学、电力学原理和电解反应进行了分析,对碱性电解池、固体氧化物电解池、固体聚合物电解池的工作过程进行了分析,以固体聚合物电解池为主,分析了膜电极性能、扩散层材料、接触电极板、电解温度以及电解质种类对制氢的影响。采用KEYENCE形状测量激光显微系统,在微米级别下,对干燥和湿润状态的质子交换膜、碳纸、西格里扩散层的形态进行观测分析。以催化剂直接涂膜技术(CCM)制备膜电极,并观测膜表面催化剂涂覆状态。设计搭建微流道膜式固体聚合物电解池实验系统。实验装置的有效电解面积为7cm×7cm,膜电极采用Nafion117质子交换膜作为催化剂的载体,阴极催化剂使用贵金属铂黑,膜上担载量为0.3mg/cm2,阳极催化剂使用按比例混合的氧化铱与铂黑,膜上担载量为2.5mg/cm2,阴阳两极的扩散层使用疏水型碳纸和西格里扩散层。实验研究了膜电极性能、扩散层材料、接触电极板、流道槽深、电解温度以及电解质溶液种类的多种工况对电解水制氢的影响。实验结果表明,双氧水与稀硫酸的水浴处理使得质子交换膜的表面更加均匀平整;以石墨板、钛板作为接触电极板时,选用钛板作为接触电极板更佳;1mm和3mm的接触电极板槽深相比,选用3mm槽深的接触电极板更佳;疏水碳纸与西格里作为扩散层相比,选用西格里作为扩散层更佳;湖水电解质中的杂离子显著影响膜电极的性能,在实验期间应控制电解质中的杂离子数量;不同水流速度对装置的制氢量及能效比基本无影响。实验中选用稀硫酸电解质时,浓度应在0.1%-0.2%为佳;质子交换膜经过活化期进入稳定期后,随着自来水的电解时间增加,(24h)后膜电极在电解过程会出现催化剂活性降弱,电解效率降低的情况。