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电解水制氢技术简介

2022-12-0680

(1)碱性电解水制氢技术成熟,成本低,但效率低、性能差;但新一代阴离子交换膜技术可以克服这些缺点,技术还未商业化;

(2)质子交换膜制氢技术逐步产业化,安全性高,效率高、适应可再生源电力波动,但目前成本相对高;材料上与燃料电池类似,可以借助燃料电池规模化来降低成本。

1.简介

随着清洁能源的利用规模逐渐加大,其间歇特性使得对储能的需求非常紧迫。氢能是比较好的一个桥梁,主要优势在于:一是氢-电通过PEM能够实现高效的转换,二是氢气具有比较高的能量密度,存储相对容易;三是氢气转换电能具有规模化应用潜力。

目前电解水制氢技术中,碱性电解水制氢(AWE)和质子交换膜电解水制氢(PEMWE)已逐步产业化,而高温固态氧化物制氢(SOEC)和碱性阴离子交换膜制氢(AEMWE)还在试验产品阶段。

2. 碱性电解水制氢

技术成熟,以KON、NaOH水溶液为电解质(20wt-30wt%),隔膜采用石棉布或者聚砜等绝缘材料,镍基材料为电极,产氢纯度99%,需要进行脱碱雾处理。一般电密在0.25A/cm2左右,能耗5kWh/Nm3H2,效率通常在60%左右。(制氢成本对比下隆基李总的1.5元/Nm3H2)

局限1:隔膜为多孔材料,气体容易渗透,比较厚,电能损失较多;由于快速变载会造成两侧压力失衡,进而氢过多渗透造成爆炸风险,因此响应性很慢难以与风光供电紧密配合。

局限2:电流密度低,电解槽体积大,热容大,冷启动等温度响应受到限制;

案例: 兰州新区“液态太阳能燃料合成-二氧化碳加氢合成甲醇技术开发”项目,总装机10MW(相当于1万KW,火电目前都是100万kW以上)光伏,配套两台制氢能力为1000Nm3的电解槽。

3. 质子交换膜电解水制氢

技术逐步产业化,采用质子交换膜替代了碱性电解槽中的石棉隔膜,可传导质子。

优点1: 同时质子交换膜绝缘、无孔隔绝气体,具有更好的安全性,产氢纯度高99.99%。

优点2:电流密度大2A/cm2, 体积小;能耗稍低4kWh/Nm3H2,压力调节裕度大,响应性好。

国外已有量产产品,国内产品还在起步阶段;目前主要的研究集中在电催化剂、膜电极和扩散层。


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