碱性电解水技术发展至今已近接近200多年的历史了,实际上复盘整个发展历程,碱性电解技术在能耗、结构、材料等层面已经取得了不错的进步,尽管在当下突然爆发的绿电制绿氢对装备提出了更高的要求。更高的要求也促进了更多的研发投入和技术进步,尽管一边在解决有没有的问题,一边又在解决好不好的问题!
有赖于各种专家都在给出各种定义和预判,也给不明就里的人造成了一种碱性电解槽就是“不登大雅之堂”的地摊货的事实误判,但我更喜欢用建立在理论基础上再结合已经发生的真实事实说话,尽管有些老生常谈,但还是想再次表达一下碱性槽的可能性和可见的发展事实。常规来看大家认知的碱性槽的确存在一些不足(物美价廉先不论),比如不能在较低负载下工作,比如变载能力弱,比如电耗高,比如傻大粗,等等,因而造成了大家对这种技术下了一些武断性的结论,而把更多的光环给了一些新的技术路线,我不批判新的技术路线也双手赞成更多技术路线突破给氢能产业带来更多的希望,但我也更坚信碱性技术也可以更多的突破,向所谓的“超级碱性”迈进,这种坚信不是妄言,而是基于不少企业所取得的成果,我们同行从业者也更需要广阔的胸襟去接纳市场上出现的进步(尽管有些企业宣传层面有些夸张),而不是一种酸葡萄心理!下面就简单列举一些针对“超级碱槽”的发展趋势和变化。
一、高电密的变化趋势。1、实际上从全球碱性技术来看,但凡大家有些见识,真正调研过全球碱性产品技术路线,应该不能否认高电密的存在也是经过N多年实践的验证。当然一些人又会说小和大的区别,不可否认从小到大有其需要克服的工程问题,但是你没能力克服不代表整个行业就不能克服。也看看我们传统圆形碱槽是不是已经经历或者正在经历直径从几十个厘米一直增加到200~300个厘米这个过程?2、再看各企业的实际推出的新品。电密从2000A/m2,到3000,到4000,到6000,到8000,到10000+,总不能说这些企业都在浮夸(或许略有一些)。有哪些企业达到这样个水准,大家可以去自行了解,我掌握的情况是除了已经公布的企业之外,还有不少企业正在埋头憋着大招,也期待大家不远的将来能看到更多的事实数据。3、高电密实际上略等价于高功率密度,也意味着同样电功率下可以小型化和轻量化。4、高电密也会带来更好的动态响应能力和变载能力(快速变载也要考虑安全问题)。
二、更宽泛的工作负载范围1、如果大家真正有在设备使用现场看到过设备工作或者真正调研过传统碱槽的工作负载范围,应该都会有一些概念,基本上是在40%或者50%以上才能稳定安全工作,实现较大范围的变载是比较漫长的一个过程,所以原有的更多工作场景是一个稳定的负载工作过程。2、再全球来看现状产品的负载范围参数。负载10%,15%,20%这些已经不是一家(知名企业)的产品数据了。更何况也实实在在见证过低负载工作的产品。
三、更快的冷启动时间1、尽管针对冷启动有不同的定义,但大体上基本认知还是比较一致。本质上就是解决如何让参与电化学反应的氢氧化钾(电解质)短时内能有比较高的温度提升。2、对于任何一种电解系统,开机前都会有必要的氮气吹扫(保压除外),这不属于冷启动范畴。3、尽管理论上可能没有PEM那么好,但是如何能做到从2个小时到一个小时,再到半个小时甚至更短时间?如何减少碱液量,如何提升加热速度,如何控制在一个局部范围内是不是我们可以做功的地方?4、至少对于大系统做到30分钟以内也不是一个太难的事儿,而且已经实现。
四、催化剂的改进1、根深蒂固的观念认为如果把贵金属引入碱性就会导致碱性原有的物美价廉就不存在了。事实上我们关注电解槽上催化剂的成本应该关注的是每Kw的成本,而不是关注每单位面积的成本。不见得引入贵金属就会导致成本飙升,可以低载量的事倍功半。也不要自以为是的试了很多就武断的得出一些结论,那是因为大家接触到的催化剂配方和形态还不够多,不能仅基于自己的认知范围去妄下结论,要承认自己的认知不足。2、碱性催化剂的可选择范围已经很广泛了,尽管被实际工程验证的进度各异,但材料从雷尼镍(也会有不同的粒度、形貌、包覆形态等也会有各种性能的差异)、多元合金、贵金属掺杂、缺陷体、陶瓷体、石墨烯载体等等;工艺从热喷涂、等离子喷涂、原位生长、化学镀、等离子体冲击等等,有些还可以有材料和工艺的组合。作为一个见证者和旁观者实实在在看到了呈现的各种不同性能。所以我是不敢妄言催化剂已经达到了天花板。3、当然催化剂层面的所有努力都是为了进一步降低过电位,增加反应活性,当然也要兼顾耐久性和成本问题。
五、隔膜材料的演变1、从隔膜承载的功能或者要求来看,隔气透液、低离子电阻、能承载更高的电密等。我们也正在见证从替换石棉隔膜而来的PPS正在经历的变化,以及复合隔膜或者其他离子膜正在前进的方向。2、尽管这些产品需要经历一个比较漫长和严谨的验证过程,但至少已经看到了不错的初步测试数据。
六、结构的演变1、实际上槽体的外形结构并不是重点,圆和方都有其优劣。2、内部结构要承载的功能才是重点。当然可拆卸和便捷维护能给大项目带来更低的维护成本,但也不一定是唯一选择。3、目前来看已经有圆形、方形;方形又分为单片独立和模组独立(类似PEM结构);当然方形又有带压不带压的做法。各自优缺暂且不表,先让子弹飞一会儿再去评价。总而言之,可喜的变化是越来越多的英明人士已经在关注和积极参与到“超级碱性”的发展,可悲的是一些顽固的榆木疙瘩吃着酸葡萄固步自封。以上既有第一层的性能追求,也有内在改善方向的表达,所以略有逻辑混乱,但大概不影响本意表达。于我更希望所有的技术路线都有大的突破,碱性也好,PEM也罢,其他新式的AEM或者无膜电解更是持有足够多的好奇,毕竟对于终端市场衡量的标准只有“性价比”!