我国的电解水制氢技术起源于苏联设备,对其商业应用需追溯到 19 世纪 90 年代。国内大规模的电解水制氢技术以碱水电解制氢为主,该种设备技术流程简单,操作方便,各项技术指标接近国际水准。碱性水电解通常采用 KOH 作为电解液,电解质的质量浓度一般为 20%-30%以保证电解液具有较高的电导率,并且电解槽需要强制对流。较高的电解槽温度有利于降低电极反应的过电位和溶液的电阻,但会加剧材料的腐蚀。故电解槽的温度应综合考虑以上两个方面,当前,工业化碱性水电解槽一般在 85℃~95℃下运行。电解槽内的压力也会对整个水电解过程产生影响。通过加压可以减少电解槽内气体体积,使气体停滞时间缩短,从而提高电解槽内电解液的电导率,当前工业化碱性电解槽工作压力在 3.2MPa 以内。同时高压设备无需使用费用较高的氢气压缩机,能够减少启动成本,近一些高压设备已经开始得到发展。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。山东工业电解水制氢设备

“需要注意的是,制氢并不是新兴技术,在化工领域的制氢应用由来已久且技术并不难。但目前,新能源发电行业快速规模化发展,带动整个绿氢行业新场景、新需求陆续出现。”海德氢能源(江苏)科技有限公司副总经理胡骏明对《中国能源报》记者表示,如绿电制氢的出现对制氢技术提出更高要求。“目前,制氢项目规模持续扩大,兆瓦级甚至吉瓦级的项目未来也会越来越多,单槽制氢规模需求及制氢效率要求提升。”胡骏明指出,另外,绿电设备对绿电间歇性、波动性的灵活适应能力更为重要,同时也对系统的可靠性和易维护性有更高要求。pem电解水制氢优点鄂尔多斯而酸性电解水制氢设备因为其高效、高纯度的氢气产出而备受关注,但是设备价格和稳定性相对较差。

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。
电解水制氢就是利用电力将水分解成氢气和氧气的化学反应过程。电解水的反应公式为:2H2O→2H2+O2,反应需要利用电流作为驱动力。具体来说,将两根电极插入水中,通电时,阴阳极上分别析出氢气和氧气,随后通过气体分离器分离收集。电解槽是实现电解水制氢的设备,它可以将直流电通过电极分解电解质溶液,并将电解产物分离出来。电解槽的类型多样,常用的有对流式电解槽、膜法电解槽等。电源是电解水制氢的重要组成部分,需要提供足够的电流和电压以保证反应能够正常进行。一般采用直流电源,其电压和电流的大小取决于电解槽的大小和反应条件。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。

制氢效率方面,行业成熟产品的直流电耗普遍在4.5kWh/Nm3左右,隆基氢能发布的Hi1系列电解槽可以实现4.3、4.1kWh/Nm3的直流电耗,可以行业水平。单体装备制氢量方面,隆基氢能、718所、NEL、西门子、Mcphy等厂家均推出了15MW左右的单体制氢装备,有效降低了制氢装备成本。制氢压力方面,部分厂家如NEL、蒂森克虏伯、西门子采用常压配套压缩机方案满足终端用氢需求,部分厂家如隆基氢能、718所采用中压配套压缩机方案满足终端用氢需求,部分厂家如Sunfire、Mcphy、西门子及大部分PEM厂家采用3Mpa左右的制氢压力配套压缩机方案满足终端用氢需求。行业尚未形成清晰的制氢压力方向,不同厂家技术理念也各不相同,应结合不同压力方案的成本、性能、可靠性差异选择合适的一种。 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。焦作PEM电解水制氢设备企业
PEM水电解制备的绿氢应用于合成氨、炼油、化工、钢铁等碳密集型行业。山东工业电解水制氢设备
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。山东工业电解水制氢设备