電解水制氫的基本原理是在直流電的作用下,水分子在電解槽中被分解成氫離子和氫氧根離子,氫離子在陰極得到電子還原成氫氣,而氫氧根離子在陽極失去電子氧化成氧氣。堿性電解水制氫:原理:利用堿性電解質(如氫氧化鉀或氫氧化鈉)作為導電介質,在電解槽中進行水電解。特點:技術成熟穩定,成本相對較低,但反應速度較慢,能量效率相對較低,且產生的氫氣純度不高,需要進行后續處理。應用:適用于大規模工業制氫,尤其是在電力成本較低的地區。隨著綠氫產業備受重視,帶動電解水制氫設備需求大幅上漲,設備訂單同比也明顯增長。承德國內電解水制氫設備銷售
綠氫制取技術包括利用風電、水電、太陽能等可再生能源電解水制氫、太陽能光解水制氫及生物質制氫,其中可再生能源電解水制氫是應用**廣、技術**成熟的方式。電解水制氫,即通過電能將水分解為氫氣與氧氣的過程,該技術可以采用可再生能源電力,不會產生CO2和其他有毒有害物質的排放,從而獲得真正意義上的“綠氫”。電解水制氫原料為水、過程無污染、理論轉化效率高、獲得的氫氣純度高,但該制氫方式需要消耗大量的電能,其中電價占總氫氣成本的60%~80%。青島附近電解水制氫設備銷售接近 75%的綠氫項目坐落于三北地區,約 80%的項目采用堿性電解水制氫技術。
理論分解電壓:不計任何損耗,只考慮水的自由能變化(電功),該電壓用于克服電解產生的可逆電動勢電解水的理論分解電壓是1.23V。不過在實際操作中,由于電極極化、溶液電阻等因素,實際分解電壓往往大于理論分解電壓。實際分解電壓:一般在1.8-2.0V左右。超電壓:電流通過電極時產生極化現象,使電極電位偏離平衡值,此偏離值即為超電壓。產生原因:(1)濃差極化:電極過程某些步驟遲緩,使電極表面附近的反應物離子濃度低于電解液中的濃度,電極電位偏離平衡電位。高電流密度下容易出現,但實際電解溫度較高且循環,所以可忽略不計。(2)活化極化:參加電極反應的某些粒子缺少活化能來完成電子轉移,使陽極上氧化反應難以釋放電子,陰極上還原反應難以吸收電子,電極電位偏離平衡電位。低電流密度下容易出現。
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。其優點是簡單易用,可以用于小型化應用,并且獲取的氫氣純度高,可以達到99.999%以上。
陽離子/質子交換膜水電解技術(PEM)該技術是指使用質子(陽離子)交換膜作為固體電解質替代了堿性電解槽使用的隔膜和液態電解質(30%的氫氧化鉀溶液或26%氫氧化鈉溶液),并使用純水作為電解水制氫原料的制氫過程。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、響應速度快等優點,并且,PEM電解水制氫技術工作效率更高,易于與可再生能源消納相結合,是目前電解水制氫的理想方案。但是由于PEM電解槽需要在強酸性和高氧化性的工作環境下運行,因此設備需要使用含貴金屬(鉑、銥)的電催化劑和特殊膜材料,導致成本過高,使用壽命也不如堿性電解水制氫技術。但是由于電解過程效率不高,能耗較大,并且需要消耗大量的水資源,因此應用范圍受到一定限制。秦皇島小型電解水制氫設備產量
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。承德國內電解水制氫設備銷售
三種制氫路線:“成本”短期制約,“可持續”長期。氫氣制備方式主要包括化石燃料制氫、工業副產氫和電解水制氫三類。其中電解水制氫是利用水的電解反應制備氫氣的技術,可再生電力制氫稱為“綠氫”,是零碳排、可持續的“路線”,但目前成本仍是制約其普及的瓶頸因素,其規模化應用需要產業鏈各環節推動降本。影響單位制氫成本的主要因素包括電價、單位電耗、設備單價、運行壽命等因素。隨著后續風光發電LCOE下降、電解槽量產降本、效率提升和壽命增加,電解水制氫成本有望逐步接近工業副產氫甚至煤制氫,實現經濟性。承德國內電解水制氫設備銷售