下一代碱性电解水制氢研究概述

一、现状电解水存在的问题以及改善方向

1、尽管碱性电解水是一项成熟的技术，但在以下方面存在问题或挑战：

• 设计用于全天候稳态运行 ，
• 动态运行挑战巨大（需要低成本电子/能源系统集成） ，
• 功率密度低（降压能力有限），
• 尤其是在动态运行情况下不了解其衰减情况。

• 再现性以及标杆管理
• 探索优化的运行策略，量化耐久性的影响因素，

• 最高和最低负载的操作条件（负载调节能力的限制是经济型的重要因素）。
• 启动/关闭对其影响以及耐受程度。

• 实现更高的工作电流密度(更低的电池（cell）电阻，工程化应用的隔膜)
• 降低最低工作负载（降低气体交叉，工程化隔膜的应用）
• 提高效率（改进催化剂和隔膜）
• 改进耐久性（缓解降解的策略）
• 提高作业压力（电堆操作策略以及工程化的隔膜）
• 系统与经济性分析（系统设计、运营策略、氢气平准化成本）

二、研究原型机系统的构成简介

1. 电堆模组：

   4 X 2.5 MW 电堆

   电气BOP系统
   

   KOH子系统
   

   气体处理系统

2. 高压变压器
   
3. 补水系统
   
4. 气体纯化系统
5. 冷却水系统

    

• 膜电极组件(MEA)

• 隔膜：ZrO2 隔膜 (Zirfon)
• 析氧侧（OER）侧阳极催化：雷尼镍 Raney Ni (Ni-Al)
• 析氢侧（HER）侧阴极催化：钼掺杂雷尼镍 Mo-doped Raney Ni (Ni-Al-Mo)
• 电极极框：不锈钢镀镍

• 阳极氧气PTL层：烧结多孔镍
• 阴极氢气PTL层：烧结多孔镍
• BP（双极板）：不锈钢镀镍
• 集流板：不锈钢镀镍
• 端板：不锈钢

   

• 变压器
  
• 整流器

• 水泵
  
• 水纯化装置
  
• 蓄水装置
   

• 电解质循环系统（泵）
  
• 电解质冷却系统（换热系统）
   

• 阳极氢气-水分离器
  
• 氢气冷却
  
• 氢气洗涤
  
• 阴极氧气-水分离器
  
• 氧气冷却器
   

• 氢气缓存罐
• 氢气还原剂（脱氧剂）
• 氢气TSA干燥机
• 氢气压缩单元（选配）

• 压缩机组
• 干冷机

   

1、基于物理模型的建立来了解一些限制现象以及一些敏感性分析

2、利用电压击穿法确定各环节的贡献度

3、激活程序影响

4、零间隙和有限间隙影响

• 特别是在高电流下，由于高通量比的增加，有限间隙即使在很小的间隙下也表现不佳。
• 调节气泡传输路径将是改善有限间隙性能的一种潜在方法。

来源：氢眼所见

END 

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原文始发于微信公众号（艾邦氢科技网）：下一代碱性电解水制氢研究概述