阿拉善本地電解水制氫技術

主流電解水制氫技術堿性電解水制氫：技術成熟，已商業化，但存在電流密度低、氣體交叉混合等問題。通過采用微間隙或零間隙結構可提升效率，未來應開發低成本非貴金屬催化劑。質子交換膜電解水制氫：具有高電流密度、高氣體純度等優點，但成本高、材料腐蝕問題突出。研究聚焦于開發非貴金屬催化劑，降低成本并提高材料耐腐蝕性。陰離子交換膜電解水制氫：成本效益高，但處于起步階段，膜材料性能和設備應用有待探索。未來需優化非貴金屬催化劑，開發新型納米結構材料。固體氧化物電解水制氫：高溫下效率高，但穩定性和耐久性不足。研究重點是開發新型材料和催化劑，解決高溫下的穩定性問題。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。阿拉善本地電解水制氫技術

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。山東附近電解水制氫設備銷售國內大多數工業級可再生能源電解水制氫應用項目仍然以堿性水電解為主。

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。

2023年全球電解水制氫項目建設的主要推動者為各國各領域企業、地方。其中，各國能源、化工及交通領域的企業是直接推動方，主要基于自身傳統業務的綠色轉型展開。如中國中石化新疆庫車綠氫項目，制取綠氫用于中石化旗下的塔河煉化替代傳統天然氣制氫；國際航運馬士基推動的丹麥Aabenraa港口綠氫制甲醇項目，為馬士基旗下的甲醇船舶提供零碳甲醇燃料。其次，各國的財政支持也是電解水制氫項目推進的重要因素，典型的如瑞典鋼鐵企業Ovako建成的綠氫替代傳統燃料冶金項目，綠氫產能約3千噸/年，其中瑞典能源署提供了30%以上的建設資金。該設備通過特定的膜過濾技術，將氫氣從混合氣體中分離出來。

電解的本質：電能推動電解質溶液中的水分子在電極上發生電化學反應，生成氫氣與氧氣。理論電量：根據法拉第定律，電極反應產物的質量與通入的電量成正比，制取1Nm3氫氣和0.5Nm3氧氣需要的電量為2390Ah，即1mol氫和0.5mol氧的理論電量為53.6Ah。電壓要求：要進行電解，必須在一對電極上加上一定的直流電壓，使電流流過電解槽。U=E+IR+ηH+ηO（操作電壓=水的理論分解電壓+電解電流x電解總電阻+氫超電壓+氧超電壓）?？傠娮桦妷篒R（歐姆損失）由V液、V隔、V極、V接共同組成，當電解材料良好時，操作正常時，后3項影響很小，所以，操作電壓主要包括理論分解電壓、超電壓和電解液電壓損失。極間電壓或小室電壓，一般為1.8~2.5V。PEM電解槽的產氫純度通常在99.99%左右。唐山專業電解水制氫設備產量

傳統的堿性電解槽制氫，主要是以氫氧化鉀為電解質。阿拉善本地電解水制氫技術

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。阿拉善本地電解水制氫技術