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碱性电解水制氢系统主要包括碱性电解槽主体和BOP辅助系统。
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一、碱性电解槽主体
碱性电解槽主体是由端压板、密封垫、极板、电极、隔膜等零部件组装而成。
电解槽包括数十个甚至上百个电解小室，由螺杆和端板把这些电解小室压在一起形成圆柱状或正方形，每个电解小室以相邻的2个极板为分界，包括正负双极板、阳极电极、隔膜、密封垫圈、阴极电极6个部分。
碱性电解槽结构示意图
极板和极框
极板是碱性电解槽的支撑组件，其作用是支撑电极和隔膜以及导电。
国内极板材质一般采用铸铁金属板、镍板或不锈钢金属板，加工方式为：经机加工冲压成乳突结构，和极框焊接后镀镍而成。其中，镍是非消耗性电极，在碱液里不易被腐蚀。乳突结构有支撑电极和隔膜的作用，电解液可以在乳突与隔膜布形成的流道中流动，同时乳突还有输电的作用。
极框上分布有气道孔和液道孔，与主极板焊接的部分被称为舌板，极框最外侧为密封线区，其余为隔膜和密封垫的重合区。极框整个宽度为密封线宽度、流道区域宽度、隔膜和密封线重合区域宽度、舌板宽度。
隔膜
碱性电解槽在电解过程中，阳极产生氧气，阴极产生氢气，隔膜的作用是防止氢气和氧气的混合。
适用于碱性电解槽的隔膜应具备以下要求：
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保证氢气和氧气分子不能通过隔膜，但允许电解液离子通过；
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能够耐高浓度碱液的腐蚀；
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具有较好的机械强度，能够长时间承受电解液和生成气体的冲击，隔膜结构不被破坏；
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为了降低电能损耗，隔膜必须要有较小的面电阻，因此隔膜孔隙率要尽可能高；
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在电解温度和碱液条件下隔膜能够保持化学稳定；
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原料易得、无毒、无污染，废弃物易处理。
用于碱性电解槽的隔膜最早使用石棉隔膜，目前主流使用的是聚苯硫醚PPS隔膜，高性能隔膜采用的是PPS涂覆无基层的复合膜，另外科研院所研发的重点隔膜还有聚四氟乙烯树脂改性石棉隔膜、聚醚醚酮纤维隔膜、聚砜纤维隔膜等。
电极
碱性电解槽的电极，是电化学反应发生的场所，也是决定电解槽制氢效率的关键。目前国内大型碱性电解槽使用的电极，大多是镍基的，如纯镍网、泡沫镍或者以纯镍网或泡沫镍为基底喷涂高活性催化剂。
碱性电解水制氢装置工艺流程示意图
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二、碱性电解水制氢BOP辅助系统
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碱性电解水制氢装置BOP辅助系统包括8大系统：电源供应系统、控制系统、气液分离系统、纯化系统、碱液系统、补水系统、冷却干燥系统及附属系统。
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系统 |
设备 |
作用 |
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电源供应系统 |
整流器、变压器 |
将交流电转化为稳定的直流电源 |
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控制系统 |
制氢控制系统、PLC控制柜 |
实时监测装置内温度、压力、流量、气体纯度等 |
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气液分离系统 |
气液分离罐、捕滴器、气体冷却器 |
将氢气和氧气分别与碱液进行分离 |
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纯化系统 |
纯化设备 |
气体提纯 |
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碱液系统 |
碱液箱、碱液过滤器、碱液循环泵 |
保证碱液的稳定、连续供给 |
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补水系统 |
补水泵、水箱 |
保证水源的稳定、连续供给 |
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冷却干燥系统 |
换热器、冷却器 |
降温或冷却从干燥器里出来的再生气体 |
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附属系统 |
氮气吹扫系统、附属框架、管阀件 |
调节阀、氢气纯度检测仪、氧侧纯度检测仪、液位计、压力表、流量计等 |
原文始发于微信公众号（万旗氢能）：科普 | 碱性电解水制氢系统简介
