阳离子/质子交换膜水电解技术(PEM)是指使用质子(阳离子)交换膜作为固体电解质替代了碱性电解槽使用的隔膜和液态电解质(30%的氢氧化钾溶液或26%氢氧化钠溶液),并使用纯水作为电解水制氢原料的制氢过程。和碱性电解水制氢技术相比,PEM电解水制氢技术具有电流密度大、氢气纯度高、响应速度快等优点,并且,PEM电解水制氢技术工作效率更高,易于与可再生能源消纳相结合,是目前电解水制氢的理想方案。但是由于PEM电解槽需要在强酸性和高氧化性的工作环境下运行,因此设备需要使用含贵金属(铂、铱) 的电催化剂和特殊膜材料,导致成本过高,使用寿命也不如碱性电解水制氢技术。PEM电解水制氢技术具有电流密度大、氢气纯度高、响应速度快等优点。张家口本地电解水制氢设备产量
电解水制氢,即通过电能将水分解为氢气与氧气的过程,该技术可以采用可再生能源电力,不会产生CO2和其他有毒有害物质的排放,从而获得真正意义上的“绿氢”。电解水制氢原料为水、过程无污染、理论转化效率高、获得的氢气纯度高,但该制氢方式需要消耗大量的电能,其中电价占总氢气成本的60%~80%。实际来看,绿氢制备的技术路线有多种,包括:碱性水电解技术(ALK)、阳离子/质子交换膜水电解技术(PEM)、固体氧化物水电解技术(SOEC)、阴离子交换膜电解水技术(AEM)。张家口附近电解水制氢设备销售PEM电解槽无需严格控制膜两侧压力,具有快速启动停止和快速功率调节响应的优势。
PEM(Protonexchangemembrane)是质子交换膜电解水技术的简称。和碱性电解水制氢技术不同,PEM电解水制氢技术使用质子交换膜作为固体电解质替代了碱性电解槽使用的隔膜和液态电解质(30%的氢氧化钾溶液或26%氢氧化钠溶液),并使用纯水作为电解水制氢的原料,避免了潜在的碱液污染和腐蚀问题。PEM电解槽运行时,水分子在阳极侧发生氧化反应,失去电子,生成氧气和质子。随后,电子通过外电路转导至阴极,质子在电场的作用下,通过质子交换膜传导至阴极,并在阴极侧发生还原反应,得到电子生成氢气,反应后的氢气和氧气将通过阴阳极的双极板收集并输送。
水电解制氢中一般要求运行在稳定或接近稳定的电力输入下以保障整体性能和可靠性,而可再生能源包括风和太阳能具有波动性的天然特征,这导致可再生能源电力无法完全用于制氢,不利于实现可再生能源的有效利用。目前碱性电解槽表现出一定的波动性负荷跟随能力,如允许在 30%-110%比例的额定制氢功率区间内运行,但缺乏长期的示范验证。尤其是当输入电力波动性变化时,电解槽内温度、电位等参数发生瞬态变化,水或碱液等传质响应滞后,导致局部高温或高电势,可能对电极、隔膜等材料造成不可逆损害,从而影响制氢性能,削减电解槽寿命。基于波动性对电解槽的工况-材料-结构-性能影响规律,进行正向设计开发,研究缓解策略,提升电解槽抵抗电源波动能力,从而增加可再生能源利用率,对于降低电解水制氢成本、推动规模化应用具有重要意义。制氢效率是衡量系统性能的重要指标之一,它反映了系统将电能转化为化学能(即氢气)的能力。
传统的碱性电解槽制氢,主要是以氢氧化钾为电解质。特点及优点就是这个技术非常成熟,很简单,生产成本现在比较低,因为已经用了很多年,虽然规模不是很大。但是它的缺点是能量效率低和规模较小,过去因为这个产业很小,没有很多人真正去投入力量进行研发。目前比较大 ALK 电解槽可以做到 3000 标方每小时。大型碱水电解槽还处于起步阶段,设计和集成水平还需要进一步提高。从电化学理论分析隔膜电阻占整个电解槽的欧姆电阻份额很大。通过对影响隔气性和电流密度的因素分析,复合隔膜应具有韧性好、机械强度大,可以做得更薄;亲水性强,降低面电阻以提高电流密度;采用电解液物理运输和离子跳跃机制相结合的方式达到电解液的高渗透,气体的低渗透,实现本质安全性。因此开发新型隔膜材料势在必行。PEM电解水制氢是潜力的电解水制氢技术,有望成为“绿电+绿氢”生产模式的主流发展趋势。廊坊电解水
PEM电解水制氢技术基本成熟,进入了商业化早期阶段。张家口本地电解水制氢设备产量
利用丰富的海水代替淡水作为电解液有望解决淡水消耗的问题。由于海水的中性、缓冲能力弱和高氯离子浓度特点,直接分解未经处理的海水仍然是困难的。迫切需要新的科学技术发展来指导电解海水以实现可持续产氢。实现工业规模的制氢是终目标,因此,设计能达到高电流密度的高效、稳定的电解海水催化剂尤为重要。此外,海上风电、潮汐和光伏技术具有丰富的资源和广阔的前景优势,有望成为未来绿色能源的支柱。海上风电具有风速高、静默期短、节约土地资源等优点,但也存在着建设成本高、能源利用率低、交通困难等问题。沿海地区太阳能资源丰富,可以充分利用水的反射光,提高发电量。与地面光伏相比,可增加5%-10%,但也存在投资成本高、环境影响大等问题。因此,海水制氢、海上风电、海洋潮汐发电和海上光伏发电都需要以技术创新的突破为基础,并与未来能源发展的趋势相结合。张家口本地电解水制氢设备产量