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主流電解水制氫技術包括堿性水電解（ALK）、質(zhì)子交換膜電解（PEM）、高溫固體氧化物電解（SOEC）、固體聚合物陰離子交換膜電解（AEM）四種。

目前在中國，ALK已經(jīng)完成可商業(yè)化，產(chǎn)業(yè)鏈較為成熟；PEM目前還處于商業(yè)化初期，產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化程度不足；SOEC和AEM仍處于研發(fā)和示范階段，目前沒有進行商業(yè)化應用。

今天帶大家了解堿性電解和PEM電解制氫技術的原理、組成、經(jīng)濟指標與制氫成本對比。

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一、? 堿性電解槽制氫

1、原理和組成

堿性電解水制氫是指在堿性電解質(zhì)環(huán)境下進行電解水制氫的過程，電解質(zhì)一般為30%質(zhì)量濃度的KOH溶液或者26%質(zhì)量濃度的NaOH溶液。堿性電解水制氫系統(tǒng)主要包括堿性電解槽主體和BOP輔助系統(tǒng)。

堿性電解技術最大的優(yōu)勢是陰陽電極板中不含有貴金屬，因此電解槽的成本相對較低。最核心的特點是要求電力穩(wěn)定可靠，不適合風光等間歇性電能。商業(yè)成熟度高，運行經(jīng)驗豐富，國內(nèi)一些關鍵設備主要性能指標均接近于國際先進水平，單槽電解制氫量大，易適用于電網(wǎng)電解制氫。

堿性電解槽主體由端壓板、密封墊、極板、電板、隔膜等零部件組裝而成，電解槽包括數(shù)十甚至上百個電解小室，由螺桿和端板把這些電解小室壓在一起形成圓柱狀或正方形，每個電解小室以相鄰的2個極板為分界，包括正負雙極板、陽極電極、隔膜、密封墊圈、陰極電極6個部分。

堿性電解水制氫電解槽主要成本構成為電解電堆組件（45%)和系統(tǒng)輔機（55%)；電解槽成本中55%是膜片及膜組件。

2、堿性電解槽主要組成部分介紹

• 主要作用：支撐電極和隔膜以及導電
• 性能要求：在堿液中不易被腐蝕
• 材質(zhì)：鑄鐵金屬板、鎳板或不銹鋼金屬板

• 主要作用：防止氫氣和氧氣混合

• 性能要求：

保證氫氣和氧氣分子不能通過隔膜，但允許電解液離子通過；

耐高濃度堿液腐蝕；

具有較好的機械強度；

隔膜孔隙率盡可能高；

在電解溫度和堿液條件下能夠保持化學穩(wěn)定；

原料易得、無毒、無污染，廢棄物易處理

• 材質(zhì)：

• 主要作用：發(fā)生電化學反應的場所，決定制氫效率的關鍵
• 性能要求：耐堿、耐高溫、表面積大

• 材質(zhì)：國內(nèi)大多采用鎳基的，如純鎳網(wǎng)、泡沫鎳或者以純鎳網(wǎng)或泡沫鏘為基底噴涂高活性催化劑（高活性鎳基催化劑、含貴金屬催化劑）

二、? 質(zhì)子交換膜（PEM）電解水制氫

質(zhì)子交換膜水電解制氫是指使用質(zhì)子交換膜作為固體電解質(zhì)，并使用純水作為電解水制氫的原料的制氫過程。PEM電解水制氫系統(tǒng)由PEM電解槽和輔助系統(tǒng)（BOP)組成。

和堿性電解水制氫技術相比，PEM電解水制氫技術具有電流密度大、氫氣純度高、響應速度快等優(yōu)點，PEM電解水制氫技術工作效率更高。但是由于PEM電解槽需要在強酸性和高氧化性的工作環(huán)境下運行，因此設備對于價格昂貴的金?屬材料如銥、鉑、鈦等更為依賴，導致成本過高。

目前中國的PEM電解槽發(fā)展和國外水平仍然存在一定差距，國內(nèi)生?產(chǎn)的PEM電解槽單槽最大制氫規(guī)模大約在260Nm3?/h，而國外生產(chǎn)的PEM電解槽單槽最大制氫規(guī)模可以達到1000Nm3/h ，國產(chǎn)大型質(zhì)子交換膜水電解技術還有很大的進步空間。

PEM電解槽，淳華氫能

質(zhì)子交換膜電解槽由質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴散層和雙極板等零部件組裝而成， 是PEM電解水制氫裝置的核心部分。電解槽的最基本組成單位是電解池，一個PEM電解槽包含數(shù)十甚至上百個電解池。

質(zhì)子交換膜電解槽成本45%是電解電堆、55%是系統(tǒng)輔機；其中電解電堆成本中53%是雙極板；膜電極成本由金屬Pt、金屬Ir、全氯磺酸膜和制備成本四要素組成。由于PEM電解槽的質(zhì)子交換膜需要150-200微米，在加工的過程中更容易發(fā)生腫脹和變形，膜的溶脹率更高，加工難度更大，主要依賴于國外產(chǎn)品。

2、PEM電解槽主要組成部分介紹

PEM電解槽內(nèi)部結構

• 主要作用：

• 性能要求：

• 材質(zhì)：全氟磺酸基聚合物

• 主要作用：電化學反應的場所
• 性能要求：具備良好的抗腐蝕性、催化活性、電子傳導率和孔隙率等
• 材質(zhì)：

• 主要作用：確保氣體和液體在雙極板和催化劑層之間的傳輸，并提供有效的電子傳導。
• 性能要求：擁有有合適的孔隙率，良好的導電性，確保電子傳輸效率。
• 材質(zhì)：陽極氣體擴散層主要選擇耐酸耐腐蝕的鐵基材料，并涂抹含鉑或轅的涂層進行保護， 陰極擴散層主要選擇碳紙或鐵氈。

• 主要作用：支撐膜電極和氣體擴散層；匯流氣體（氫氣和氧氣）及傳導電子的通道。
• 性能要求：具備較高的機械穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和低氫滲透性。
• 材質(zhì)：鈦材料，并涂抹含鉑的涂層

三、經(jīng)濟指標與制氫成本對比

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原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦氫科技網(wǎng)）：堿性電解和PEM電解制氫技術的對比