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        水電解制氫
        - 2021-06-07-

        水電解制氫

        水電解制氫是指水分子在直流電作用下被解離生成氧氣和氫氣,分別從電解槽陽極和陰極析出。根據電解槽隔膜材料的不同,通常將水電解制氫分為堿性水電解(AE)、質子交換膜(PEM)水電解以及高溫固體氧化物水電解(SOEC)。

        ▊2.1堿性水電解制氫

        堿性水電解制氫電解槽隔膜主要由石棉組成,起分離氣體的作用。陰極、陽極主要由金屬合金組成,如Ni-Mo合金等,分解水產生氫氣和氧氣。工業上堿性水電解槽的電解液通常采用KOH溶液,質量分數20%~30%,電解槽操作溫度70~80℃,工作電流密度約0.25 A/cm2,產生氣體壓力0.1~3.0 MPa,總體效率62%~82%。堿性水電解制氫技術成熟,投資、運行成本低,但存在堿液流失、腐蝕、能耗高等問題。水電解槽制氫設備開發是國內外堿性水電解制氫研究熱點。

        ▊2.2PEM 水電解制氫

        區別于堿性水電解制氫,PEM水電解制氫選用具有良好化學穩定性、質子傳導性、氣體分離性的全氟磺酸質子交換膜作為固體電解質替代石棉膜,能有效阻止電子傳遞,提高電解槽安全性。PEM水電解槽主要部件由內到外依次是質子交換膜、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端板等(圖1)。其中擴散層、催化層與質子交換膜組成膜電極,是整個水電解槽物料傳輸以及電化學反應的主場所,膜電極特性與結構直接影響PEM水電解槽的性能和壽命。

        與AE制氫相比,PEM水電解制氫工作電流密度更高(?1 A/cm2),總體效率更高(74%~87%),氫氣體積分數更高(>99.99%),產氣壓力更高(3~4 MPa),動態響應速度更快[6](表2),能適應可再生能源發電的波動性,被認為是極具發展前景的水電解制氫技術。目前PEM水電解制氫技術已在加氫站現場制氫、風電等可再生能源電解水制氫、儲能等領域得到示范應用并逐步推廣。

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