河北pem電解水制氫優(yōu)點(diǎn)

以往的制氫裝備均應(yīng)用在多晶硅、電廠等場(chǎng)景，例如某多晶硅廠，氫氣主要應(yīng)用于多晶硅還原爐的還原氣體，制氫站是按照 2 萬(wàn)噸多晶硅的產(chǎn)能設(shè)計(jì)，所以用氣量很多情況多晶硅產(chǎn)能較為穩(wěn)定，且用電來(lái)自電網(wǎng)，制氫裝備多數(shù)情況處于 60%負(fù)荷運(yùn)行，氫氣儲(chǔ)罐壓力主要維持在 0.9－1.2MPa 之間。針對(duì)光伏制氫系統(tǒng)，由于光伏發(fā)電的間歇波動(dòng)特性，制氫裝備需要考慮供電的不穩(wěn)定性，對(duì)制氫裝備帶來(lái)了全新的挑戰(zhàn)。如何評(píng)價(jià)光伏制氫系統(tǒng)需要進(jìn)行全新的定義，例如：初始響應(yīng)時(shí)間、總響應(yīng)時(shí)間、比較大斜坡速率、比較低工作點(diǎn)、冷啟動(dòng)時(shí)間、熱啟動(dòng)時(shí)間、關(guān)機(jī)時(shí)間等等。PEM電解槽的單位成本仍然遠(yuǎn)高于堿性電解槽。河北pem電解水制氫優(yōu)點(diǎn)

在直流電作用下，水分子在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，生成氫氣和氫氧根離子（OH–），氫氧根離子在電場(chǎng)和氫氧側(cè)濃度差的作用下穿過(guò)隔膜到達(dá)陽(yáng)極，在陽(yáng)極一側(cè)發(fā)生析氧反應(yīng)，生成氧氣和水。電解槽裝配時(shí)浸沒(méi)在高濃度（20%~30%）的KOH 溶液中，此時(shí)離子電導(dǎo)率比較大，主要缺點(diǎn)是電解液具有腐蝕性，NaOH 和NaCl 溶液也可作電解液，但不常用。堿槽的電解池分成兩個(gè)電極，電極將氣密隔膜分開(kāi)。由于隔膜的阻礙，氫氣和氧氣不會(huì)通過(guò)隔膜混合在一起，但是電解液卻可以通過(guò)隔膜進(jìn)入另一側(cè)。制氫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，氫氣和堿液的混合液以及氧氣與堿液的混合液分別經(jīng)過(guò)氣水分離器，將氣體和溶液分離，堿液回流至電解槽，氫氣和氧氣分別進(jìn)入純化裝置提純后進(jìn)行收集。包頭工業(yè)電解水制氫設(shè)備企業(yè)在未來(lái)的研發(fā)中，制氫設(shè)備不斷迭代升級(jí)，有望在能源轉(zhuǎn)型和氫能產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮更為重要的作用。

陰離子交換膜電解水技術(shù)(AEM)AEM是較為新興的電解水制氫技術(shù)，尚處于研發(fā)階段。備受關(guān)注的原因是其采用陰離子交換膜作為電解質(zhì)，將ALK的低成本和PEM簡(jiǎn)單、高效的優(yōu)點(diǎn)相融合?，F(xiàn)階段的研究重點(diǎn)陰離子交換膜材料開(kāi)發(fā)和機(jī)理研究，主要以國(guó)外大學(xué)，國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等科研機(jī)構(gòu)主導(dǎo)（如NortheasternUniversity,LosAlamos,UniversityOregon,GeorgiaTech等）。其與PEM的根本區(qū)別在于將膜的交換離子由質(zhì)子換為氫氧根離子。氫氧根離子的相對(duì)分子質(zhì)量是質(zhì)子的17倍，這使得其遷移速度比質(zhì)子慢得多。AEM的優(yōu)勢(shì)是不存在金屬陽(yáng)離子，不會(huì)產(chǎn)生碳酸鹽沉淀堵塞制氫系統(tǒng)。AEM中使用的電極和催化劑是鎳、鈷、鐵等非貴金屬材料，且產(chǎn)氫的純度高、氣密性好、系統(tǒng)響應(yīng)快速，與目前可再生能源發(fā)電的特性十分匹配。但AEM膜的機(jī)械穩(wěn)定性不高，AEM中電極結(jié)構(gòu)和催化劑動(dòng)力學(xué)需要優(yōu)化。AEM電解水技術(shù)處于千瓦級(jí)的發(fā)展階段，在全球范圍內(nèi)，一些研究組織/機(jī)構(gòu)正在積***力于AEM水電解槽的開(kāi)發(fā)，為了擴(kuò)大這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用，仍然需要一些創(chuàng)新與改進(jìn)。

電解液的電阻受多種因素的影響。首先是電解液的種類和濃度。例如，在堿性電解液中，氫氧化鉀（KOH）濃度的變化會(huì)改變電解液的導(dǎo)電性。一般而言，濃度越高，離子數(shù)量越多，導(dǎo)電性越好，電阻越小，電壓損耗也會(huì)相應(yīng)降低。但是過(guò)高的濃度可能會(huì)導(dǎo)致其他問(wèn)題，如腐蝕電極等。其次是溫度。溫度升高，電解液中離子的運(yùn)動(dòng)速度加快，離子遷移率增加，使得電解液的電阻減小。例如，當(dāng)溫度從20℃升高到80℃時(shí)，氫氧化鉀電解液的電阻會(huì)降低，從而減少電壓損耗。另外，電解池的幾何結(jié)構(gòu)也會(huì)影響電壓損耗。電極間距越大，離子傳輸?shù)木嚯x越長(zhǎng)，電解液的電阻就越大，電壓損耗也就越大。同時(shí)，電解池的形狀、電極的大小和排列方式等也會(huì)對(duì)電解液的電阻產(chǎn)生一定的影響。國(guó)內(nèi)利用可再生能源耦合PEM電解水制氫的項(xiàng)目也相對(duì)偏少。

現(xiàn)在世界上每年消耗的氫氣在5000萬(wàn)噸左右，其中96%來(lái)自化石能源，*4%來(lái)自電解水，而且所用的電也并非全部來(lái)自可再生能源。綠氫是統(tǒng)籌解決全球氣候變化、能源安全與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要措施，伴隨著以綠色低碳為特征的能源產(chǎn)業(yè)和技術(shù)變革在世界范圍內(nèi)興起，綠氫發(fā)展將不斷加速。發(fā)展綠色氫能也是促進(jìn)我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，加快我國(guó)發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型的強(qiáng)勁動(dòng)力。主要表現(xiàn)在：能源維度：利用本土可再生能源制氫，降低化石能源進(jìn)口依賴，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提升能源自給與穩(wěn)定性。環(huán)境層面：助力各行業(yè)脫碳，尤其助力高排放行業(yè)達(dá)成碳中和，減少污染排放，改善大氣質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域：催生產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)新興產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)低碳升級(jí)，創(chuàng)造大量就業(yè)崗位，促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。技術(shù)方面：激發(fā)多領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新，增強(qiáng)自主創(chuàng)新力，利于國(guó)際合作交流，提升國(guó)際能源領(lǐng)域話語(yǔ)權(quán)。電解水制氫系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要包括制氫效率、氫氣純度、能耗以及設(shè)備壽命等。唐山專業(yè)電解水制氫設(shè)備

中國(guó)已有超過(guò)百個(gè)在建和規(guī)劃中的電解水制氫項(xiàng)目，涵蓋了石油煉化、化工合成、鋼鐵冶煉和交通等多個(gè)領(lǐng)域。河北pem電解水制氫優(yōu)點(diǎn)

雖然堿性水電解工業(yè)化比較成熟，但其缺點(diǎn)也很明顯，首先，效率低，即使有隔膜的存在，陽(yáng)極生成的氧氣也會(huì)擴(kuò)散到陰極，擴(kuò)散到陰極的氧氣又被還原成水，使得電解效率變低，而且穿越到陰極的氧氣會(huì)帶來(lái)很?chē)?yán)重的安全隱患。其次，電解器能承受的電流密度有限，因?yàn)橐后w電解質(zhì)和隔膜存在，使得電解器難以在高電流密度的條件下運(yùn)行。再次，由于采用液體電解質(zhì)，高壓條件下運(yùn)行也難以實(shí)現(xiàn)，不利于運(yùn)行管理。雖然堿性電解水技術(shù)有明顯的不足，但是其應(yīng)用成本低，仍是工業(yè)應(yīng)用中的重點(diǎn)。目前越來(lái)越多的精力去研究開(kāi)發(fā)堿性條件下的固體電解質(zhì)聚合物薄膜代替溶液電解質(zhì)和隔膜，實(shí)現(xiàn)堿性離子隔膜水電解（AEMWE，anion exchange membrane water electrocatalysis），能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)堿性水電解的不足。河北pem電解水制氫優(yōu)點(diǎn)