2022年氢燃料电池产业高峰论坛
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碱性电解
在此过程中,反应发生在溶液(包含水和氢氧化钾 (KOH) 液体电解质)中的两个电极之间。当两个电极获得足够的电压时,阴极水分子吸收电子形成OH(氢氧根)离子和 H2(氢)分子。氢氧根离子穿透 KOH 电解质到达阳极,并在此处结合并释放出额外的电子来产生水和 O2(氧气)。具有微米级孔的隔膜可防止氢和氧混合。

质子交换膜 (PEM)
在此过程中,PEM 将质子从阳极传导到阴极,同时为电极提供电绝缘。在两个电极之间施加电位差(电压)时,带负电荷的氧分子在阳极处失去电子,从而生成质子、电子
和氧气。H + 离子穿过质子传导膜流向阴极,在阴极与电子结合形成 H2。PEM 仅允许带正电的离子穿过,从而到达阴极。

碱性膜电解槽的问题
虽然使用碱性膜的系统成本较低,但它们在可再生能源应用中出现了性能问题。碱性电解槽内隔膜上的氢氧化物支持对电流输入响应缓慢,限制了电化学反应,导致电流密度低。隔
膜的多孔结构允许氢和氧在低密度下扩散和混合,这限制了其工作安全范围。碱性电解槽中使用的传统电极往往具有表面积少、催化剂利用率低和相关的电压损耗等问题。这些问题导致功率密度低,并且需要更大的系统来支撑电极。

PEM 的优势
在与间歇式能源结合使用时,质子交换膜 (PEM) 水电解能够提供更好的替代方案。过去,虽然 PEM 组件的历史高成本限制了该系统在大规模商业应用中的使用,但最近的技术发展大大降低了成本,使 PEM 组件在许多新的用例中成为更可行选择。质子交换膜水电解槽优势颇多,非常适合二十一世纪制氢的需要。

质子交换膜可以:
• 在高电流密度下工作,从而降低成本;这对于配备极为动态的能源(例如风能和太阳能)的系统尤其如此,因为其中能源输入的激增将导致有的能源无法捕获
• 由于采用了聚合物电解质,即使在高压下也能使用非常薄的膜
• 实现更高能效,因为其质子膜电阻损耗更低
• 气体交叉率较低,因而气体产品纯度极高,这对于储存安全性和直接用于燃料电池至关重要
• 可在无腐蚀性化学物质情况下工作

质子交换膜也可以用在较小的系统中,因为它们在高功率密度下运行。碱性水电解的占地面积可能是 PEM水电解的十倍,对于空间有限的客户而言,这是一个重要的考虑因素。

来源:科慕

根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2020)》预测,2030年中国氢气需求量达3715万吨,2050年达9690万吨。有分析认为,电解水制氢将逐步作为中国氢能供应的主体,在氢能供给结构的占比将在2040、2050年分别达到45%、70%。 因此,在“双碳”背景下,电解水制氢项目成为了市场关注的热点话题。为促进行业信息流通,艾邦建有制氢产业交流群,聚焦氢气生产、碱水/PEM电解槽(隔膜、极板、催化剂、极框、密封垫片等)、PPS、质子交换膜、钛金属、镍网等产业链上下游,设备,材料,配件等配套资源,欢迎大家加入

作者 808, ab