AEM电解池是组成AEM电解系统的基本单位,多个AEM电解池一起组成了AEM电解模块。大量的AEM电解模块和多个辅助系统一起构成了AEM电解水系统。AEM电解模块与PEM电解槽结构类似,其辅助系统包括氧气处理和干燥系统、水箱、水处理净化系统和交流直流转换器等设备。阴离子交换膜AEM电解池的关键组成部分为阴离子交换膜组,由有机阳离子聚合物骨架和共价附着在骨架上的阳离子组成。阴极材料、阳极材料和阴离子交换膜是AEM电解池的,直接影响着AEM电解池的工作效率和设备寿命。PEM电解水制氢技术基本成熟,进入了商业化早期阶段。青岛工业电解水制氢技术
电解水制氢的基本原理是在直流电的作用下,水分子在电解槽中被分解成氢离子和氢氧根离子,氢离子在阴极得到电子还原成氢气,而氢氧根离子在阳极失去电子氧化成氧气。碱性电解水制氢:原理:利用碱性电解质(如氢氧化钾或氢氧化钠)作为导电介质,在电解槽中进行水电解。特点:技术成熟稳定,成本相对较低,但反应速度较慢,能量效率相对较低,且产生的氢气纯度不高,需要进行后续处理。应用:适用于大规模工业制氢,尤其是在电力成本较低的地区。呼伦贝尔附近电解水制氢设备企业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。
阴离子交换膜电解水技术(AEM)AEM是较为新兴的电解水制氢技术,尚处于研发阶段。备受关注的原因是其采用阴离子交换膜作为电解质,将ALK的低成本和PEM简单、高效的优点相融合。现阶段的研究重点阴离子交换膜材料开发和机理研究,主要以国外大学,国家实验室等科研机构主导(如NortheasternUniversity,LosAlamos,UniversityOregon,GeorgiaTech等)。其与PEM的根本区别在于将膜的交换离子由质子换为氢氧根离子。氢氧根离子的相对分子质量是质子的17倍,这使得其迁移速度比质子慢得多。AEM的优势是不存在金属阳离子,不会产生碳酸盐沉淀堵塞制氢系统。AEM中使用的电极和催化剂是镍、钴、铁等非贵金属材料,且产氢的纯度高、气密性好、系统响应快速,与目前可再生能源发电的特性十分匹配。但AEM膜的机械稳定性不高,AEM中电极结构和催化剂动力学需要优化。AEM电解水技术处于千瓦级的发展阶段,在全球范围内,一些研究组织/机构正在积***力于AEM水电解槽的开发,为了扩大这项技术的商业应用,仍然需要一些创新与改进。
电解的本质:电能推动电解质溶液中的水分子在电极上发生电化学反应,生成氢气与氧气。理论电量:根据法拉第定律,电极反应产物的质量与通入的电量成正比,制取1Nm3氢气和0.5Nm3氧气需要的电量为2390Ah,即1mol氢和0.5mol氧的理论电量为53.6Ah。电压要求:要进行电解,必须在一对电极上加上一定的直流电压,使电流流过电解槽。U=E+IR+ηH+ηO(操作电压=水的理论分解电压+电解电流x电解总电阻+氢超电压+氧超电压)。总电阻电压IR(欧姆损失)由V液、V隔、V极、V接共同组成,当电解材料良好时,操作正常时,后3项影响很小,所以,操作电压主要包括理论分解电压、超电压和电解液电压损失。极间电压或小室电压,一般为1.8~2.5V。取决于功率的大小,一个PEM电解槽包含数十甚至上百个电解池。
目前,氢气的制取有三种较为成熟的技术路线:1、以煤炭、天然气为的化石原料制氢,该技术路线的成本较低、技术成熟,但存在大量温室气体的排放,企业有:中国石化、中国石油等;2、以焦炉煤气、氯碱尾气为的工业副产制氢,该技术路线成本较低,但存在受到原料供应和地点的限制,企业有:美锦能源、镇洋发展等;3、以碱性电解槽和质子交换膜电解槽为的电解水制氢,该技术路线成本较高,制氢成本受限于电价,企业有:隆基绿能、阳光电源、宝丰能源等。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。山西pem电解水制氢技术
电解水制氢作为目前制取绿氢主要的方式,市场规模正不断扩大。青岛工业电解水制氢技术
该技术是指使用质子(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。青岛工业电解水制氢技术