我国的氢能产业规划的相关文件是相对较保守的数据,因为根据目前的一些项目规划来看,国内的电解水制氢市场的发展和规划文件来相比有较大差距。氢能联盟的100GW目标是实现碳中和的重要前提,以此来分析,可以看出:目前国内已有的电解水制氢设备总计产能在1GW左右;到2023年预计有2GW左右的产能;到2025年预计有10GW的产能;到2030年预计有100GW的产能。如果在此基础上增加国内厂家出口到国外的一些数据,世界所有国家对国内电解水制氢设备的需求量还会有相应的增幅,预计2030年在130GW左右。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。洛阳小型电解水制氢设备公司
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。呼伦贝尔小型电解水制氢设备企业绿氢产业将在资源禀赋相对较好、应用场景比较丰富的区域率先发展。
理论分解电压:不计任何损耗,只考虑水的自由能变化(电功),该电压用于克服电解产生的可逆电动势电解水的理论分解电压是1.23V。不过在实际操作中,由于电极极化、溶液电阻等因素,实际分解电压往往大于理论分解电压。实际分解电压:一般在1.8-2.0V左右。超电压:电流通过电极时产生极化现象,使电极电位偏离平衡值,此偏离值即为超电压。产生原因:(1)浓差极化:电极过程某些步骤迟缓,使电极表面附近的反应物离子浓度低于电解液中的浓度,电极电位偏离平衡电位。高电流密度下容易出现,但实际电解温度较高且循环,所以可忽略不计。(2)活化极化:参加电极反应的某些粒子缺少活化能来完成电子转移,使阳极上氧化反应难以释放电子,阴极上还原反应难以吸收电子,电极电位偏离平衡电位。低电流密度下容易出现。
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。PEM水电解技术被誉为制氢领域极具发展前景的水电解制氢技术之一。
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。传统的碱性电解槽制氢,主要是以氢氧化钾为电解质。安阳PEM电解水制氢技术
PEM水电解制备的绿氢应用于合成氨、炼油、化工、钢铁等碳密集型行业。洛阳小型电解水制氢设备公司
碱性水电解技术(ALK)是指在碱性电解质环境下进行电解水制氢的过程,电解质一般为30%质量浓度的KOH溶液或者26%质量浓度的NaOH溶液。较之于其他制氢技术,碱性电解水制氢可以采用非贵金属催化剂,且电解槽具有15年左右的长使用寿命,因此具有成本上的优势和竞争力。碱性电解水制氢技术已有数十年的应用经验,在20世纪中期就实现了工业化,商业成熟度高,运行经验丰富,国内一些关键设备主要性能指标均接近于国际先进水平,单槽电解制氢量大,易适用于电网电解制氢。但是,该技术使用的电解质是强碱,具有腐蚀性且石棉隔膜不环保,具有一定的危害性。洛阳小型电解水制氢设备公司