傳統的堿性電解槽制氫,主要是以氫氧化鉀為電解質。特點及優點就是這個技術非常成熟,很簡單,生產成本現在比較低,因為已經用了很多年,雖然規模不是很大。但是它的缺點是能量效率低和規模較小,過去因為這個產業很小,沒有很多人真正去投入力量進行研發。目前比較大 ALK 電解槽可以做到 3000 標方每小時。大型堿水電解槽還處于起步階段,設計和集成水平還需要進一步提高。從電化學理論分析隔膜電阻占整個電解槽的歐姆電阻份額很大。通過對影響隔氣性和電流密度的因素分析,復合隔膜應具有韌性好、機械強度大,可以做得更薄;親水性強,降低面電阻以提高電流密度;采用電解液物理運輸和離子跳躍機制相結合的方式達到電解液的高滲透,氣體的低滲透,實現本質安全性。因此開發新型隔膜材料勢在必行。水電解制氫被認為是未來制氫的發展方向,特別是利用可再生能源電解水制氫。通遼工業電解水制氫技術
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。呼倫貝爾專業電解水制氫設備銷售燃料電池汽車被視為整個綠氫行業的先導產業,但下一步的關鍵是成本下降,同時帶動更大場景更大規模應用。
目前,我國的PEM電解槽發展和國外水平仍然存在一定差距,國內生產的PEM電解槽單槽比較大制氫規模大約在260標方/小時,而國外生產的PEM電解槽單槽比較大制氫規模可以達到500標方/小時。PEM電解水制氫系統由PEM電解槽和輔助系統(BOP)組成。PEM電解槽由質子交換膜、催化劑、氣體擴散層和雙極板等零部件組裝而成。電解槽的基本組成單位是電解池,一個PEM電解槽包含數十至上百個電解池。質子交換膜電解槽成本中45%是電解電堆、55%是系統輔機;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電解槽的質子交換膜需要150-200微米,在加工的過程中更容易發生腫脹和變形,膜的溶脹率更高,加工難度更大,主要依賴于國外產品。
在雙碳目標驅動下,中國電解水制氫產業發展迅速,產業鏈端入局企業在迅速增加,應用端在逐步突破。中國布局電解水制氫的企業數量快速增加,據統計,電解槽裝備企業數量已超百家,產業鏈相關企業已超二百家。自2021年至今,國內已有接近40款堿性電解槽產品發布。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。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。PEM水電解技術被譽為制氫領域極具發展前景的水電解制氫技術之一。
目前中國的PEM電解槽發展和國外水平仍然存在一定差距。國內生產的PEM電解槽單槽比較大制氫規模大約在200Nm3/h,而國外生產的PEM電解槽單槽比較大制氫規模可以達到500Nm3/h。相比國外,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。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。總之,PEM電解水制氫技術基本成熟,進入了商業化早期階段。但PEM電解水制氫技術仍然存在成本高的問題,性能和耐久性也有待提升,未來需要聚焦質子交換膜、電催化劑、氣體擴散層與雙極板等關鍵技術,進一步降低成本,提升商業化程度。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。衡水附近電解水制氫技術
PEM電解水制氫的系統響應速度快,適應動態操作。通遼工業電解水制氫技術
電解水制氫就是利用電力將水分解成氫氣和氧氣的化學反應過程。電解水的反應公式為:2H2O→2H2+O2,反應需要利用電流作為驅動力。具體來說,將兩根電極插入水中,通電時,陰陽極上分別析出氫氣和氧氣,隨后通過氣體分離器分離收集。電解槽是實現電解水制氫的設備,它可以將直流電通過電極分解電解質溶液,并將電解產物分離出來。電解槽的類型多樣,常用的有對流式電解槽、膜法電解槽等。電源是電解水制氫的重要組成部分,需要提供足夠的電流和電壓以保證反應能夠正常進行。一般采用直流電源,其電壓和電流的大小取決于電解槽的大小和反應條件。通遼工業電解水制氫技術