【制氢01】电解水制氢技术简介

电解水制氢技术作为清洁能源领域的重要分支，旨在高效、可持续地生产氢气，以满足能源转型和减少温室气体排放的需求。本文将对两种主流的电解水制氢技术——碱性电解水制氢（AWE）和质子交换膜电解水制氢（PEMWE）进行简要概述。

首先，碱性电解水制氢技术因其成熟性、成本低而得到广泛应用。这一技术主要采用氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）作为电解质，通过镍基电极在石棉布或聚砜等绝缘材料的隔膜下进行电解，产生高纯度（99%）的氢气。然而，该技术也存在局限性，如隔膜多孔且较厚，导致气体渗透性差，电能损失较多。此外，快速变载时，容易造成氢气过多渗透，引发爆炸风险，导致响应性缓慢，难以与可再生能源如风能和太阳能的波动性供电紧密配合。通常，AWE的电密约为0.25A/cm2，能耗为5kWh/Nm3H2，效率一般在60%左右。

相比之下，质子交换膜电解水制氢技术展现出更高的性能。采用质子交换膜替代石棉隔膜，不仅提高了安全性，还能有效传导质子，使产氢纯度高达99.99%。电流密度大（2A/cm2），体积小，能耗稍低（4kWh/Nm3H2），且压力调节裕度大，响应性好。虽然国外已实现量产，国内仍处于起步阶段，研究重点集中在电催化剂、膜电极和扩散层等方面。PEMWE技术中的阴极氢析出和阳极氧析出过程，采用类似燃料电池的Pt/C颗粒作为阴极催化剂。然而，催化剂容易衰减，析氧催化剂的难点在于选择合适的材料以保持稳定的电化学性能。通过有序化电极设计，优化水、电子、质子通道，有望降低成本和提高能量密度。

固态氧化物电解水（SOEC）技术处于实验室阶段，采用掺杂的氧化钇氧化锆电解质在高温下实现阳离子传输，但材料易衰减，需进一步研究。阴离子交换膜电解水（AEMWE）技术结合了传统碱性液体电解质和PEM的优点，使用非贵金属催化剂，避免碱性液体导致的产物气污染，并降低设备成本。然而，阴离子交换膜性能问题成为AEMWE技术发展的瓶颈，主要包括热稳定性、化学稳定性较差以及阴离子传导能力有限。

随着技术的不断进步和创新，电解水制氢技术有望在能源转型和可持续发展领域发挥更大作用。通过材料科学、催化技术的突破，以及与可再生能源的高效集成，电解水制氢技术将为构建低碳、清洁能源体系提供有力支撑。