氫氣，這一無碳綠色新能源，憑借其環(huán)保安全、高能量密度、高轉(zhuǎn)化效率、豐富儲(chǔ)量以及適用性等特點(diǎn)，在應(yīng)對(duì)環(huán)境危機(jī)和構(gòu)建清潔低碳能源體系中扮演著至關(guān)重要的角色。隨著化石燃料資源的日漸枯竭和能源價(jià)格的持續(xù)攀升，尋找廉價(jià)且儲(chǔ)量豐富的替代能源制氫已成為當(dāng)務(wù)之急。展望未來，生物能、太陽能、風(fēng)能等可再生能源制氫在21世紀(jì)將逐漸嶄露頭角，但就目前而言，從天然氣、甲醇、水等資源中制氫的技術(shù)仍相當(dāng)有競(jìng)爭(zhēng)力。值得注意的是，煤制氫因?qū)Νh(huán)境和大氣造成嚴(yán)重污染而不被本項(xiàng)目考慮，因此不在討論之列。在選擇國(guó)內(nèi)制氫原料路線時(shí)，必須綜合考慮原料資源的可獲得性和成本因素。天然氣制氫工藝雖復(fù)雜但技術(shù)成熟，甲醇制氫流程簡(jiǎn)潔且設(shè)備常見，而水電解制氫則操作簡(jiǎn)便至可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無人值守。在制氫純度方面，天然氣和甲醇制氫可達(dá)到999%，而水電解制氫在純度更高時(shí)可達(dá)9999%。同時(shí)，不同制氫方式對(duì)場(chǎng)地條件也有不同要求，例如天然氣制氫需考慮管道或槽車供應(yīng)的便捷性，甲醇制氫則原料充足、運(yùn)輸儲(chǔ)存方便，而水電解制氫的場(chǎng)地條件更為寬松。電解水制氫技術(shù)的槽體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、價(jià)格便宜且技術(shù)成熟。包頭PEM電解水

新興電解水制氫技術(shù)海水電解制氫：可直接利用海洋資源，但面臨高鹽度、腐蝕性等挑戰(zhàn)。未來應(yīng)開發(fā)抗腐蝕催化劑、適用的交換膜，改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)和電解槽裝置。耦合制氫：通過小分子氧化與析氫反應(yīng)耦合，降**氫能耗，提高能量效率。未來需深入探究耦合機(jī)制，開發(fā)經(jīng)濟(jì)環(huán)保的技術(shù)并集成到可再生能源系統(tǒng)。研究總結(jié)與展望電解水制氫技術(shù)取得一定進(jìn)展，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。未來應(yīng)提升催化劑性能、降低能耗、研制新型設(shè)備，以適應(yīng)可再生能源并網(wǎng)和清潔能源儲(chǔ)存需求，在能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用。包頭國(guó)內(nèi)電解水制氫設(shè)備產(chǎn)量通過直接電解純水產(chǎn)生高純氫氣（不加堿），電解池只電解純水即可產(chǎn)氫。

理論分解電壓：不計(jì)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(chǎn)生的可逆電動(dòng)勢(shì)電解水的理論分解電壓是1.23V。不過在實(shí)際操作中，由于電極極化、溶液電阻等因素，實(shí)際分解電壓往往大于理論分解電壓。實(shí)際分解電壓：一般在1.8-2.0V左右。超電壓：電流通過電極時(shí)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，使電極電位偏離平衡值，此偏離值即為超電壓。產(chǎn)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(yīng)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(xiàn)，但實(shí)際電解溫度較高且循環(huán)，所以可忽略不計(jì)。(2)活化極化:參加電極反應(yīng)的某些粒子缺少活化能來完成電子轉(zhuǎn)移，使陽極上氧化反應(yīng)難以釋放電子，陰極上還原反應(yīng)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(xiàn)。

在直流電作用下，水分子在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，生成氫氣和氫氧根離子（OH–），氫氧根離子在電場(chǎng)和氫氧側(cè)濃度差的作用下穿過隔膜到達(dá)陽極，在陽極一側(cè)發(fā)生析氧反應(yīng)，生成氧氣和水。電解槽裝配時(shí)浸沒在高濃度（20%~30%）的KOH 溶液中，此時(shí)離子電導(dǎo)率比較大，主要缺點(diǎn)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(gè)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(huì)通過隔膜混合在一起，但是電解液卻可以通過隔膜進(jìn)入另一側(cè)。制氫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，氫氣和堿液的混合液以及氧氣與堿液的混合液分別經(jīng)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(jìn)入純化裝置提純后進(jìn)行收集。堿性電解水技術(shù)是電解水技術(shù)中發(fā)現(xiàn)得早的，也是目前電解水技術(shù)中成熟的。

目前工業(yè)界主流堿性電解槽3000A/m2對(duì)應(yīng)的小室槽壓為1.85V左右，少數(shù)新銳產(chǎn)品能達(dá)到6000A/m2@1.85V。但是，需要著重提醒的是，雖然大量學(xué)術(shù)論文中達(dá)到了很好的技術(shù)指標(biāo)，但是測(cè)試的方法卻達(dá)不到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?！肮び破涫卤叵壤淦鳌保瑸榱丝焖佾@得與工業(yè)場(chǎng)景對(duì)標(biāo)的有效數(shù)據(jù)，就需要在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合隔膜堿性電解槽上進(jìn)行測(cè)試。采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的硬件和方法來測(cè)試催化電極，以國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界在電解水制氫領(lǐng)域內(nèi)的規(guī)模和實(shí)力，研發(fā)潛力將被快速激發(fā)和釋放，對(duì)國(guó)內(nèi)堿性電解槽行業(yè)帶來性的貢獻(xiàn)。在傳統(tǒng)制氫方法中，煤與天然氣重整等化石能源制氫是現(xiàn)今工業(yè)制氫的主流。電解水制氫設(shè)備廠家

可廣泛應(yīng)用于氫能工程項(xiàng)目、制氫加氫站、發(fā)電廠、金屬冶煉、多晶硅與半導(dǎo)體制造等領(lǐng)域。包頭PEM電解水

堿性電解水技術(shù)比較大的缺點(diǎn)在于工作電流密度較低、電解槽效率不高、占地面積大。特別在冬季，設(shè)備需要經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱，啟動(dòng)時(shí)間大概需要2 h。不過堿性電解水電解槽、隔膜等設(shè)備、材料的加工、制備工藝在我國(guó)已經(jīng)基本成熟，產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)完善，是目前在我國(guó)**適合規(guī)?；募夹g(shù)路線。通過調(diào)研了解，目前國(guó)內(nèi)比較大單槽制氫規(guī)模已經(jīng)達(dá)到 3000 Nm3/h，電解槽直流電耗比較低可以達(dá)到4.2 kW·h/Nm3。其原理為在兩個(gè)電極之間施以直流電，并用隔膜將陰陽兩極分離開來，在陰極水分子被還原，生成氫氣和氫氧根離子，生成的氫氧根離子穿過隔膜到達(dá)陽極，在陽極側(cè)失電子析氧，生成氧氣和水。包頭PEM電解水