河北pem電解水制氫優點

以往的制氫裝備均應用在多晶硅、電廠等場景，例如某多晶硅廠，氫氣主要應用于多晶硅還原爐的還原氣體，制氫站是按照 2 萬噸多晶硅的產能設計，所以用氣量很多情況多晶硅產能較為穩定，且用電來自電網，制氫裝備多數情況處于 60%負荷運行，氫氣儲罐壓力主要維持在 0.9－1.2MPa 之間。針對光伏制氫系統，由于光伏發電的間歇波動特性，制氫裝備需要考慮供電的不穩定性，對制氫裝備帶來了全新的挑戰。如何評價光伏制氫系統需要進行全新的定義，例如：初始響應時間、總響應時間、比較大斜坡速率、比較低工作點、冷啟動時間、熱啟動時間、關機時間等等。PEM電解槽的單位成本仍然遠高于堿性電解槽。河北pem電解水制氫優點

在直流電作用下，水分子在陰極發生還原反應，生成氫氣和氫氧根離子（OH–），氫氧根離子在電場和氫氧側濃度差的作用下穿過隔膜到達陽極，在陽極一側發生析氧反應，生成氧氣和水。電解槽裝配時浸沒在高濃度（20%~30%）的KOH 溶液中，此時離子電導率比較大，主要缺點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電極，電極將氣密隔膜分開。由于隔膜的阻礙，氫氣和氧氣不會通過隔膜混合在一起，但是電解液卻可以通過隔膜進入另一側。制氫系統運行時，氫氣和堿液的混合液以及氧氣與堿液的混合液分別經過氣水分離器，將氣體和溶液分離，堿液回流至電解槽，氫氣和氧氣分別進入純化裝置提純后進行收集。包頭工業電解水制氫設備企業在未來的研發中，制氫設備不斷迭代升級，有望在能源轉型和氫能產業中發揮更為重要的作用。

陰離子交換膜電解水技術(AEM)AEM是較為新興的電解水制氫技術，尚處于研發階段。備受關注的原因是其采用陰離子交換膜作為電解質，將ALK的低成本和PEM簡單、高效的優點相融合。現階段的研究重點陰離子交換膜材料開發和機理研究，主要以國外大學，國家實驗室等科研機構主導（如NortheasternUniversity,LosAlamos,UniversityOregon,GeorgiaTech等）。其與PEM的根本區別在于將膜的交換離子由質子換為氫氧根離子。氫氧根離子的相對分子質量是質子的17倍，這使得其遷移速度比質子慢得多。AEM的優勢是不存在金屬陽離子，不會產生碳酸鹽沉淀堵塞制氫系統。AEM中使用的電極和催化劑是鎳、鈷、鐵等非貴金屬材料，且產氫的純度高、氣密性好、系統響應快速，與目前可再生能源發電的特性十分匹配。但AEM膜的機械穩定性不高，AEM中電極結構和催化劑動力學需要優化。AEM電解水技術處于千瓦級的發展階段，在全球范圍內，一些研究組織/機構正在積***力于AEM水電解槽的開發，為了擴大這項技術的商業應用，仍然需要一些創新與改進。

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）濃度的變化會改變電解液的導電性。一般而言，濃度越高，離子數量越多，導電性越好，電阻越小，電壓損耗也會相應降低。但是過高的濃度可能會導致其他問題，如腐蝕電極等。其次是溫度。溫度升高，電解液中離子的運動速度加快，離子遷移率增加，使得電解液的電阻減小。例如，當溫度從20℃升高到80℃時，氫氧化鉀電解液的電阻會降低，從而減少電壓損耗。另外，電解池的幾何結構也會影響電壓損耗。電極間距越大，離子傳輸的距離越長，電解液的電阻就越大，電壓損耗也就越大。同時，電解池的形狀、電極的大小和排列方式等也會對電解液的電阻產生一定的影響。國內利用可再生能源耦合PEM電解水制氫的項目也相對偏少。

現在世界上每年消耗的氫氣在5000萬噸左右，其中96%來自化石能源，*4%來自電解水，而且所用的電也并非全部來自可再生能源。綠氫是統籌解決全球氣候變化、能源安全與傳統產業轉型升級的重要措施，伴隨著以綠色低碳為特征的能源產業和技術變革在世界范圍內興起，綠氫發展將不斷加速。發展綠色氫能也是促進我國實現“雙碳”目標，加快我國發展方式綠色轉型的強勁動力。主要表現在：能源維度：利用本土可再生能源制氫，降低化石能源進口依賴，優化能源結構，提升能源自給與穩定性。環境層面：助力各行業脫碳，尤其助力高排放行業達成碳中和，減少污染排放，改善大氣質量。經濟領域：催生產業鏈各環節新興產業，推動傳統產業低碳升級，創造大量就業崗位，促進區域協調發展。技術方面：激發多領域技術創新，增強自主創新力，利于國際合作交流，提升國際能源領域話語權。電解水制氫系統的性能指標主要包括制氫效率、氫氣純度、能耗以及設備壽命等。唐山專業電解水制氫設備

中國已有超過百個在建和規劃中的電解水制氫項目，涵蓋了石油煉化、化工合成、鋼鐵冶煉和交通等多個領域。河北pem電解水制氫優點

雖然堿性水電解工業化比較成熟，但其缺點也很明顯，首先，效率低，即使有隔膜的存在，陽極生成的氧氣也會擴散到陰極，擴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帶來很嚴重的安全隱患。其次，電解器能承受的電流密度有限，因為液體電解質和隔膜存在，使得電解器難以在高電流密度的條件下運行。再次，由于采用液體電解質，高壓條件下運行也難以實現，不利于運行管理。雖然堿性電解水技術有明顯的不足，但是其應用成本低，仍是工業應用中的重點。目前越來越多的精力去研究開發堿性條件下的固體電解質聚合物薄膜代替溶液電解質和隔膜，實現堿性離子隔膜水電解（AEMWE，anion exchange membrane water electrocatalysis），能有效彌補傳統堿性水電解的不足。河北pem電解水制氫優點