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。常用的电解水制氢技术包括碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢及固体氧化物电解水制氢三大类。内蒙古专业电解水制氢设备厂家
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。锡林郭勒PEM电解水制氢设备厂家氢燃料汽轮机和氢气冶金等新兴领域也在不断发展。
阳离子/质子交换膜水电解技术(PEM)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。
未来,绿氢有望成为主力氢源,而电解水制氢则是绿氢的主要制取手段。电解水制氢赛道从政策、需求、供给端等角度定性定量看,发展要素是初步具备的。但2024H1电解槽中标约523MW,以示范项目+碱性槽为主,较2023A的597MW,并未增长,甚至小幅下降。尽管市场发展不及预期,但卡点明确。进一步分析,现阶段,安全的风光耦合、绿氢消纳能力的不足,是制氢端招标节奏放慢的两大重要原因。行业需要时间,顺应趋势,尤其对于投资机构,横向关注碱性槽、PEM槽与AEM槽的商业化进展,纵向留意相应零部件迭代的投资机会,以缓解当前市场痛点,推动电解水制氢赛道的真实繁荣。氢能在推动能源转型方面扮演着至关重要的角色。
2023年全球电解水制氢项目开始向大型化、万吨级发展。据能景研究统计,2023年1月至12月全球新增建成的电解水制氢项目中,千吨级以上氢气产能的项目数量占比增大,由上一年度同期的约12%提升到了29%。其中,2023年全球至少3项达到了万吨级氢气产能,其中规模比较大的是中国中石化新疆库车绿氢项目,氢气产能约2万吨/年,电解槽装机260MW。另有1万吨/年氢气产能项目2项,分别为中国的三峡集团内蒙古纳日松光伏制氢项目,电解槽装机70MW;巴西比较大氮肥企业Unigel位于卡马萨里的一期绿氨项目(设计产能1万吨/年),电解槽装机60MW。绿氢可在钢铁生产中替代目前常用的焦炭作为还原剂。潍坊PEM电解水制氢设备价格
采用低碳氢不仅能在短期内迅速扩大市场需求,还能有效减少温室气体排放。内蒙古专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。内蒙古专业电解水制氢设备厂家