在电解水制氢过程中,由于水是一种弱电解质,一般会添加其他电解质。电解质的选择会影响制氢设备的使用寿命、能源消耗和成本。根据电解质的不同,可分为碱性溶液、质子交换膜、固体氧化物、小分子溶液、海水等。碱性溶液电解质成本低、腐蚀性高、设备寿命短,是比较成熟的技术。质子膜电解质具有效率高、成本高等特点,是一种较为成熟的技术。固体氧化物电解质耐久性差,启动速度慢,目前仍处于测试阶段。利用小分子溶液和海水作为电解质的技术具有很强的实用性,但仍处于实验研究阶段。在电解质的开发过程中,需要研究电解质与催化剂的相容性,以及电解质与能量波动的相容性。未来对氢能的需求将继续增长,因此水电解用的电解质引起了广泛的关注。研究人员正在从不同的角度对电解质进行深度研究。国内大多数工业级可再生能源电解水制氢应用项目仍然以碱性水电解为主。青岛本地电解水制氢设备厂家排名
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。河北附近电解水制氢设备产量而酸性电解水制氢设备因为其高效、高纯度的氢气产出而备受关注,但是设备价格和稳定性相对较差。
从目前国内外主流的碱性电解槽生产厂家对外公布的产品参数来分析,大部分设备制造商的制氢装备出口压力为 1.4MPa-1.6MPa 范围,其中部分厂家也逐步提高碱性电解槽装备出口制氢压力,比较高可达 3.2MPa。制氢装备出口压力呈现逐步提高的趋势,究其原因主要是氢气的下游应用厂家的接入压力较高。例如合成氨反应压力约为 13.5MPa-15MPa、甲醇反应器压力约为 4.5MPa-6MPa、加氢站输入压力为≥5MPa,氢气下游实际应用压力会有提高,而制氢装备出口压力至氢气场景接入之间就存在一个氢气压差,就需要配置氢气压缩机,氢气压缩机根据流量、压缩比、温度、类型等因素影响,就会投入不同的氢气压缩成本,提升氢气从制氢到用氢的单位氢气成本价格。
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。采用PEM水电解制氢技术建造加氢站现场制备绿氢。
目前,我国的PEM电解槽发展和国外水平仍然存在一定差距,国内生产的PEM电解槽单槽比较大制氢规模大约在260标方/小时,而国外生产的PEM电解槽单槽比较大制氢规模可以达到500标方/小时。PEM电解水制氢系统由PEM电解槽和辅助系统(BOP)组成。PEM电解槽由质子交换膜、催化剂、气体扩散层和双极板等零部件组装而成。电解槽的基本组成单位是电解池,一个PEM电解槽包含数十至上百个电解池。质子交换膜电解槽成本中45%是电解电堆、55%是系统辅机;其中电解电堆成本中53%是双极板;膜电极成本由金属Pt、金属Ir、全氯磺酸膜和制备成本四要素组成。由于PEM电解槽的质子交换膜需要150-200微米,在加工的过程中更容易发生肿胀和变形,膜的溶胀率更高,加工难度更大,主要依赖于国外产品。水电解制氢被认为是未来制氢的发展方向,特别是利用可再生能源电解水制氢。乌海PEM电解水制氢设备产量
随着制氢装备性能提升、成本下降,我国制氢设备自主技术创新呈现发展势头,将促进绿氢产业规模化发展。青岛本地电解水制氢设备厂家排名
在双碳目标驱动下,中国电解水制氢产业发展迅速,产业链端入局企业在迅速增加,应用端在逐步突破。中国布局电解水制氢的企业数量快速增加,据统计,电解槽装备企业数量已超百家,产业链相关企业已超二百家。自2021年至今,国内已有接近40款碱性电解槽产品发布。中国已有超过百个在建和规划中的电解水制氢项目,涵盖了石油炼化、化工合成、钢铁冶炼和交通等多个领域。接近75%的绿氢项目坐落于三北地区,约80%的项目采用碱性电解水制氢技术。青岛本地电解水制氢设备厂家排名