【干货】水电解制氢的特点及发展前景

请大家将“全球氢能”加为“星标”，或者每次看完后点“赞”或“在看”，因为微信修改了推送规则，只有这样做才能保证每天准时收到推文哦！

文章来源：《清洗世界》，有改动，全球氢能编辑整理化石燃料的过度消耗造成了严重的环境污染问题，人们对开发可持续能源的需求日益强烈。由于可再生能源提供的能量在并入电网时会产生波动和不安全，导致可再生能源产生的部分电能无法并入电网使用，从而造成能源的浪费。氢能可以将这些浪费的能源存储起来，氢气的燃烧热值较高，释放的能量高达142MJ/kg，氢气燃烧时生成的产物只有水，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢能产业发展的初衷是减少CO₂排放量，根据不同制取方式，氢有灰氢、蓝氢和绿氢三类。灰氢主要由工业副产气制取，蓝氢可由化石燃料制得，绿氢主要是用可再生能源产生的电力来生产。绿氢中的水电解制氢很适合与可再生能源构建储能系统，其储能具有存储范围大、应用范围广等特点。

“

水电解制氢技术

在通电情况下，将水分解成氢气和氧气的水电解制氢技术具有产业成熟、产氢杂质少、制氢过程碳排放量低等优点。根据电解质材料的不同，目前电解水制氢主要有碱性水电解制氢、质子交换膜（PEM）水电解、固体氧化物（SOEC）电解水制氢这三种技术路线，具体的参数对比如下表所示。根据各自技术特点以及商业化应用程度，碱性水电解制氢路线及PEM电解水制氢将是未来与可再生能源结合的主流电解水制氢工艺路线。 

资料整理：全球氢能；数据来源网络

1. 碱水电解制氢技术

碱水电解制氢是一项相对来说很成熟的水电解制氢技术，目前已经广泛应用于气象、医药领域。碱水电解装置主要有碱性电解液以及多孔的阴极板、阳极板、隔膜、镍网构成。碱性电解技术最大的优势是阴阳电极板中不含有贵金属，因此电解槽的成本也相对较低。最核心的特点是要求电力稳定可靠，不适合风光等间歇性电能。相对于PEM水电解制氢，碱水电解制氢技术极间距较大，电解质的欧姆电阻增加。碱水电解制氢技术缺点明显，占用场地大。

碱性水电解技术的商业成熟度高，运行经验丰富，国内一些关键设备主要性能指标均接近于国际先进水平，单槽电解制氢量大，易适用于电网电解制氢。

2. 质子交换膜（PEM） 纯水电解制氢技术

PEM水电解制氢采用质子交换膜取代了石棉膜，H2O在正极上发生水电解反应，在电场和催化剂的作用下，分裂成2H⁺、2e^-和1/2O₂，质子传递到质子交换膜内，在电能势差的影响下直接通过质子交换膜到达负极，在负极得电子析出氢气。PEM电解水制氢的主要优点在于以下三个方面：

• 高气纯度，质子交换膜只允许H⁺带着少量的水通过，而氧气无法通过。这就保证氢气的纯度能达到三个9以上；

• 产出高压氢气，质子交换膜的抗压强度较强。相比于碱水电解制氢技术，PEM水电解 制氢设备可以做成差压式的制氢设备；

• 质子交换膜的质子传导能力（0.1±0.02S·cm^-1）较为优异，其在高强度下可以将厚度控制在200μm以下，大大减小电解质的欧姆电阻；

PEM纯水电解制氢也有自身的局限性，水裂解时会在阳极侧产生大量的H⁺ ，使阳极侧保持高酸性，对阳极材料在抗腐蚀方面提出了较高的要求。催化剂要求有活性与耐腐蚀性，PEM膜价格也比较高，使得电解池材料的整体成本较高，从而限制了PEM电解池的推广与商业化。

3. 固体氧化物电解（SOEC） 

固体氧化物电解技术中阴极材料多使用镍-钇稳定的氧化锆（Ni-YSZ），电解质常用YSZ作为电解质，其具有较高的热化学稳定性和离子导电性，阳极材料镧-锶-钴-铁（LSCF）可以在较高的电流密度下运行，因此上述材料是未来阳极材料发展的主要方向。

进入阴极时，水蒸气常会混有少量的氢气，防止阴极上的镍被氧化。SOEC的反应机理与PEM水电解制氢不同，水蒸气在阴极得电子形成H₂和O^2-，O^2-经过电解质层到达阳极失去电子生成O₂。

SOEC电解水制氢技术最大的优势是其电耗低，较为适合产生高温、高压蒸汽的光热发电系统。但也存在自身的局限性，其对阴阳极材料的特性要求较高，比如要求阴极材料在湿度较大的条件下具有较好的稳定性，还要对水蒸气的分解保持高效持久的催化活性。阳极材料要具有良好的热稳定性以及氧气透过率高，同时还要保证电解质的离子导电性好。这就使得材料的成本大大增加，因此商业化应用受到了限制。

“

氢能源未来发展

总体而言，与其它制氢技术相比，水电解制氢具有工艺简单、氢气纯度高、无污染等优点，已在工业上大规模应用推广，然而其对电量需求大、能耗高，无疑提高了制氢技术的成本。

氢能在能源系统转型中发挥着重大的作用，实现氢能的大规模利用，可以从以下几个方面进行改善 ：

1. 将可再生能源与电解水制氢相结合，打造从生产到消费全过程的氢能装备产业链，提升绿氢 的规模，成为中国电力供应的主体力量。

2. 利用大型能源国企在管道建设、储运、加气站等方面的经验，不断推动氢能的产业化发展。

3. 应该积极探索氢能在其他行业的应用，比如加大氢能在燃料电池领域里的应用，不应该局限于冶金和石油化工等领域。

4. 增加氢能相关科技研发的投入，提升核心技术水平。

END
推
荐
阅
读
1、进击的储氢产业：氢能产业链核心环节3、【干货】电解水制氢在电厂和氢能项目的设计应用4、168亿元！万套氢车规模！粤水电与乌海市、兴邦科技签订协议投资氢电产业链
5、《氢燃料电池冷却液》标准发布！亿华通、康普顿等逾15家公司机构参与起草6、大兴最新氢能政策：示范城市群属地车企购车按国补30%给予支持7、我国正形成四个氢能产业集聚区，仍需补齐短板明确路径
8、捷氢、亿华通、东岳、唐锋、济平等5企上榜2021标志性技术成果
本期责任编辑：戴欣馨
联系邮箱：[e-mail]

扫码加入中国氢燃料电池行业通讯录

添加管理员微信（微信号：ranliaodianchijun），加入氢燃料电池行业微信交流群

     扫码关注      加入微信交流群微信广告投放：李女士 17702783472商务合作：贾经理 13261313609

【免责声明】1、鉴于本平台发布稿件来源广泛、数量较多，如因作者联系方式不详或其它原因未能与著作权拥有者取得联系，著作权人发现本平台转载了其拥有著作权的作品时，请主动与本平台联系， 提供相关证明材料，本平台将及时处理；2、本平台文章转载目的在于传递更多信息，并不代表本平台赞同其观点和对其真实性负责；3、如其他媒体、网站或个人转载使用，需保留本平台注明的“稿件来源”，并自负法律责任；4、对免责声明的解释、修改及更新权均属于全球氢能所有。

【版权声明】图文转载于网络，版权归原作者所有，仅供学习参考之用，禁止用于商业用途，如有异议，请联系我们进行删除。

转发，点赞，在看，安排一下？