强碱性溶液作为电解液生产氢气的工艺在20世纪中期被工业化。虽然其成本相对较低,但许多研究发现,使用碱性溶液作为电解质的过程消耗大量淡水资源,碱液易流失和腐蚀、能耗高,与可再生能源发电的适配性较差。新兴的碱性AEM技术因其高效、低成本的优势作为下一代碱性电解技术的发展方向而受到关注。它可以实现比PEM技术和SOEC技术同等甚至更高的电解效率,并降低了整体成本。然而,目前的阴离子交换膜有一定局限性,未来AEM技术的突破点可能是开发高稳定、长寿命的阴离子交换膜。目前,国内外对碱性溶液作为电解质技术的研究主要集中在寻找耐腐蚀的膜电极材料和合适的催化剂上。国内利用可再生能源耦合PEM电解水制氢的项目也相对偏少。山东电解水制氢设备公司
目前中国的PEM电解槽发展和国外水平仍然存在一定差距。国内生产的PEM电解槽单槽比较大制氢规模大约在200Nm3/h,而国外生产的PEM电解槽单槽比较大制氢规模可以达到500Nm3/h。相比国外,国内利用可再生能源耦合PEM电解水制氢的项目也相对偏少。国内大多数工业级可再生能源电解水制氢应用项目仍然以碱性水电解为主。总之,PEM电解水制氢技术基本成熟,进入了商业化早期阶段。但PEM电解水制氢技术仍然存在成本高的问题,性能和耐久性也有待提升,未来需要聚焦质子交换膜、电催化剂、气体扩散层与双极板等关键技术,进一步降低成本,提升商业化程度。唐山国内电解水制氢设备公司碱性电解水制氢设备由于电解质的稳定性较好,价格较低,因此在实际应用中使用较为多。
水电解制氢中一般要求运行在稳定或接近稳定的电力输入下以保障整体性能和可靠性,而可再生能源包括风和太阳能具有波动性的天然特征,这导致可再生能源电力无法完全用于制氢,不利于实现可再生能源的有效利用。目前碱性电解槽表现出一定的波动性负荷跟随能力,如允许在 30%-110%比例的额定制氢功率区间内运行,但缺乏长期的示范验证。尤其是当输入电力波动性变化时,电解槽内温度、电位等参数发生瞬态变化,水或碱液等传质响应滞后,导致局部高温或高电势,可能对电极、隔膜等材料造成不可逆损害,从而影响制氢性能,削减电解槽寿命。基于波动性对电解槽的工况-材料-结构-性能影响规律,进行正向设计开发,研究缓解策略,提升电解槽抵抗电源波动能力,从而增加可再生能源利用率,对于降低电解水制氢成本、推动规模化应用具有重要意义。
阳离子/质子交换膜水电解技术(PEM)是指使用质子(阳离子)交换膜作为固体电解质替代了碱性电解槽使用的隔膜和液态电解质(30%的氢氧化钾溶液或26%氢氧化钠溶液),并使用纯水作为电解水制氢原料的制氢过程。和碱性电解水制氢技术相比,PEM电解水制氢技术具有电流密度大、氢气纯度高、响应速度快等优点,并且,PEM电解水制氢技术工作效率更高,易于与可再生能源消纳相结合,是目前电解水制氢的理想方案。但是由于PEM电解槽需要在强酸性和高氧化性的工作环境下运行,因此设备需要使用含贵金属(铂、铱) 的电催化剂和特殊膜材料,导致成本过高,使用寿命也不如碱性电解水制氢技术。PEM水电解技术被誉为制氢领域极具发展前景的水电解制氢技术之一。
水电解制氢设备是一种将水分解成氢和氧的方法,将电流通过水电解槽内的电极,在负极处放电,把水分解成氢和氧。其优点是简单易用,可以用于小型化应用,并且获取的氢气纯度高,可以达到99.999%以上。但是由于电解过程效率不高,能耗较大,并且需要消耗大量的水资源,因此应用范围受到一定限制。膜分离制氢设备是一种利用高选择性分离膜过滤氢气的方法。该设备通过特定的膜过滤技术,将氢气从混合气体中分离出来。其优点是运行稳定、可靠性高、处理量大,同时不需要消耗大量水资源,并且节能环保。但是由于膜材料成本相对较高,加上运行过程中难以处理一些不纯净的物质,导致其在应用范围上有些受限。
电解槽的基本组成单位是电解池。烟台国内电解水
压缩制氢设备是一种通过物理过程令氢气密度增加,从而实现纯化的方法。山东电解水制氢设备公司
是指在碱性电解质环境下进行电解水制氢的过程,电解质一般为30%质量浓度的KOH溶液或者26%质量浓度的NaOH溶液。较之于其他制氢技术,碱性电解水制氢可以采用非贵金属催化剂,且电解槽具有15年左右的长使用寿命,因此具有成本上的优势和竞争力。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。山东电解水制氢设备公司