电解水制氢,即通过电能将水分解为氢气与氧气的过程,该技术可以采用可再生能源电力,不会产生CO2和其他有毒有害物质的排放,从而获得真正意义上的“绿氢”。电解水制氢原料为水、过程无污染、理论转化效率高、获得的氢气纯度高,但该制氢方式需要消耗大量的电能,其中电价占总氢气成本的60%~80%。碱性电解水制氢技术已有数十年的应用经验,在20世纪中期就实现了工业化,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。但是,该技术使用的电解质是强碱,具有腐蚀性且石棉隔膜不环保,具有一定的危害性。PEM电解槽的单位成本仍然远高于碱性电解槽。郑州pem电解水制氢

电解水的设备主要包括电解槽、电源和电极等组成。其中,电解槽是将水分解成氢气和氧气的主要装置,一般采用的是聚合物电解槽或金属电解槽。聚合物电解槽具有体积小、重量轻、耐腐蚀、绝缘性能好等优点,但是其耐高温、高压、高电流密度等方面的性能较差;金属电解槽则具有耐高温、高压、高电流密度等优点,但是其重量较大、成本较高、耐腐蚀性能较差。因此,在实际应用中需要根据具体情况选择合适的电解槽。电源是电解水过程中不可或缺的组成部分,它提供给电解槽所需的电能。在电源的选择上,一般使用的是直流电源,因为电解水需要的是直流电能,而交流电源会导致电解槽中的电极发生电化学反应,从而影响电解效果。电极是电解水过程中起到催化作用的重要组成部分,它可以促进水分子的电解反应,从而提高电解速度和效率。电极的材料一般采用的是铂、钯、铱、铑等贵金属或其合金,因为这些材料具有较好的电化学催化性能。通辽本地电解水由于PEM电解槽使用纯水作为电解原料,产生的氢气中不会带入碱雾,有利于提升氢气品质。

主流电解水制氢技术碱性电解水制氢:技术成熟,已商业化,但存在电流密度低、气体交叉混合等问题。通过采用微间隙或零间隙结构可提升效率,未来应开发低成本非贵金属催化剂。质子交换膜电解水制氢:具有高电流密度、高气体纯度等优点,但成本高、材料腐蚀问题突出。研究聚焦于开发非贵金属催化剂,降低成本并提高材料耐腐蚀性。阴离子交换膜电解水制氢:成本效益高,但处于起步阶段,膜材料性能和设备应用有待探索。未来需优化非贵金属催化剂,开发新型纳米结构材料。固体氧化物电解水制氢:高温下效率高,但稳定性和耐久性不足。研究重点是开发新型材料和催化剂,解决高温下的稳定性问题。
理论分解电压:不计任何损耗,只考虑水的自由能变化(电功),该电压用于克服电解产生的可逆电动势电解水的理论分解电压是1.23V。不过在实际操作中,由于电极极化、溶液电阻等因素,实际分解电压往往大于理论分解电压。实际分解电压:一般在1.8-2.0V左右。超电压:电流通过电极时产生极化现象,使电极电位偏离平衡值,此偏离值即为超电压。产生原因:(1)浓差极化:电极过程某些步骤迟缓,使电极表面附近的反应物离子浓度低于电解液中的浓度,电极电位偏离平衡电位。高电流密度下容易出现,但实际电解温度较高且循环,所以可忽略不计。(2)活化极化:参加电极反应的某些粒子缺少活化能来完成电子转移,使阳极上氧化反应难以释放电子,阴极上还原反应难以吸收电子,电极电位偏离平衡电位。低电流密度下容易出现。电解水制氢作为目前制取绿氢主要的方式,市场规模正不断扩大。

未来,随着各国补助力度加大与更多大型项目落地,国际电解水制氢产能或将继续成番增长。一方面,海外有较多大型规划绿氢项目储备,全球经过投资决议的万吨级电解水制氢项目已有近50项;另一方面,全球尤其欧洲各国对绿氢生产的补贴资金逐渐到位,叠加航运、化工等领域对零碳燃料与零碳原料的需求增长,或会推动2024年多项万吨级项目落地开工。结合各国项目规划、补贴进展、碳市场等多方面预测,乐观情境下,到2025年底全球(含中国)绿氢累计产能或将增长至约140万吨/年,到2030年底全球(含中国)绿氢累计产能或将增长至约1600万吨/年。常见的电解水制氢设备包括碱性电解水制氢设备、酸性电解水制氢设备和固体氧化物电解水制氢设备。枣庄专业电解水制氢设备
电解水制氢技术主要分为碱性电解水制氢和质子交换膜(PEM)电解水制氢两种。郑州pem电解水制氢
2023年全球电解水制氢项目开始向大型化、万吨级发展。据能景研究统计,2023年1月至12月全球新增建成的电解水制氢项目中,千吨级以上氢气产能的项目数量占比增大,由上一年度同期的约12%提升到了29%。其中,2023年全球至少3项达到了万吨级氢气产能,其中规模比较大的是中国中石化新疆库车绿氢项目,氢气产能约2万吨/年,电解槽装机260MW。另有1万吨/年氢气产能项目2项,分别为中国的三峡集团内蒙古纳日松光伏制氢项目,电解槽装机70MW;巴西比较大氮肥企业Unigel位于卡马萨里的一期绿氨项目(设计产能1万吨/年),电解槽装机60MW。郑州pem电解水制氢