虽然碱性水电解工业化比较成熟,但其缺点也很明显,首先,效率低,即使有隔膜的存在,阳极生成的氧气也会扩散到阴极,扩散到阴极的氧气又被还原成水,使得电解效率变低,而且穿越到阴极的氧气会带来很严重的安全隐患。其次,电解器能承受的电流密度有限,因为液体电解质和隔膜存在,使得电解器难以在高电流密度的条件下运行。再次,由于采用液体电解质,高压条件下运行也难以实现,不利于运行管理。虽然碱性电解水技术有明显的不足,但是其应用成本低,仍是工业应用中的重点。目前越来越多的精力去研究开发碱性条件下的固体电解质聚合物薄膜代替溶液电解质和隔膜,实现碱性离子隔膜水电解(AEMWE,anion exchange membrane water electrocatalysis),能有效弥补传统碱性水电解的不足。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。济南工业电解水制氢设备厂家
电解液的电阻受多种因素的影响。首先是电解液的种类和浓度。例如,在碱性电解液中,氢氧化钾(KOH)浓度的变化会改变电解液的导电性。一般而言,浓度越高,离子数量越多,导电性越好,电阻越小,电压损耗也会相应降低。但是过高的浓度可能会导致其他问题,如腐蚀电极等。其次是温度。温度升高,电解液中离子的运动速度加快,离子迁移率增加,使得电解液的电阻减小。例如,当温度从20℃升高到80℃时,氢氧化钾电解液的电阻会降低,从而减少电压损耗。另外,电解池的几何结构也会影响电压损耗。电极间距越大,离子传输的距离越长,电解液的电阻就越大,电压损耗也就越大。同时,电解池的形状、电极的大小和排列方式等也会对电解液的电阻产生一定的影响。开封工业电解水制氢设备企业但是由于电解过程效率不高,能耗较大,并且需要消耗大量的水资源,因此应用范围受到一定限制。
碱性水电解制氢(ALK)设备技术成熟、投资成本低,是现阶段商业运行的主要设备,技术发展向扩大设备规模、提高宽负荷调节能力、保障运行稳定等方向发展。质子交换膜水电解制氢(PEM)设备成本较高,但具有能耗低和运行灵活等优势,目前技术发展向加大设备功率、提高电流密度和降低成本等方向发展。阴离子交换膜水电解制氢(AEM)兼具PEM的风光耦合以及碱性槽无贵金属、价格低的特点,但是目前AEM膜寿命仍存不确定性,暂时较难适配工程化需求。固体氧化物水电解制氢(SOEC)具有高效、可逆、材料成本低廉等优点,但在电解堆集成、电解槽堆设计结构优化、电极和封接等材料及技术仍需重点突破。因此,SOEC、AEM等技术目前还有待进一步研发以实现商业化。
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。国内生产的PEM电解槽单槽制氢规模大约在200 Nm3/h,国外生产的PEM电解槽单槽制氢规模可以达到500Nm3/h。
三种制氢路线:“成本”短期制约,“可持续”长期。氢气制备方式主要包括化石燃料制氢、工业副产氢和电解水制氢三类。其中电解水制氢是利用水的电解反应制备氢气的技术,可再生电力制氢称为“绿氢”,是零碳排、可持续的“路线”,但目前成本仍是制约其普及的瓶颈因素,其规模化应用需要产业链各环节推动降本。影响单位制氢成本的主要因素包括电价、单位电耗、设备单价、运行寿命等因素。随着后续风光发电LCOE下降、电解槽量产降本、效率提升和寿命增加,电解水制氢成本有望逐步接近工业副产氢甚至煤制氢,实现经济性。固体氧化物电解水制氢设备可以实现高温、高效率的制氢过程,并且具有较高的稳定性,但是设备成本较高。呼伦贝尔工业电解水制氢设备厂家排名
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。济南工业电解水制氢设备厂家
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。济南工业电解水制氢设备厂家