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简单来说，氢电解槽（也可以写成电解器）是一种制氢装置。氢电解槽是一种利用电能将水分解成氢和氧的装置，这个过程称为电解。电解槽设计主要包括阳极、阴极、膜/隔板、框架、密封和双极板。电解槽堆栈中串联多个电池，可以产生更多的氢气。电解槽的效率取决于电解槽的类型及其运行条件。
市场上有多种电解槽技术。若想在未来联系电解槽制造商和电解槽公司，请访问hyfindr.com – 氢经济市场。
使用氢气是改变能源行业市场的一个机会。随着地球气候变化，使用氢气作为燃料可以减少排放，减少对地球的破坏性影响。使用电解技术生产氢气可以实现完全可持续的能源循环。
氢电解槽的主要作用是什么？
电解水在电力的帮助下分解水来产生氢气。这种氢电解槽使用电力，电将通过浸入水中的电极。根据电解槽的类型，水可以与其他溶质混合。氢气和氧气可以储存在罐中，以后再使用。
氢气发生器，即电解槽，是实现氢经济的关键部件。
氢电解槽中发生哪种化学反应？
氢电解槽将电能（电力）转化为化学能（水分解为氢和氧）。基于此原理，电解器方程式如下。该方程式可能因所用电解槽的类型而变化。
在阳极：2 H 2 O → 4 H + + O 2 + 4e –
在阴极：2 H + + 2 e – → H 2
总计：2H 2 O → 2H 2 + O 2
电解槽的主要类型有哪些？
电解槽有多种设计，取决于所使用的电解槽技术。
1. 聚合物电解质膜（PEM）电解槽
在PEM 电解器设计中，电极由固体电解质（即 PFSA（全氟磺酸）膜）隔开，该膜仅允许质子通过。这种 PFSA 膜具有化学和机械强度。它可以承受 70 bar 的压力和 50 – 80°C 的温度。钛基材料用作基材，由金属催化剂层和保护涂层覆盖，为电池组件提供长期稳定性、最佳电子传导性和电池效率。氢PEM 电解槽使用薄 0.02 毫米 PFSA 膜和电极，以提高效率。鉴于制造需要稀土矿物和贵金属，这种电解槽设计比碱性电解槽相对昂贵。
PEM电解槽简单、高效、紧凑，但对水中杂质敏感。电极表面积已达到2000平方厘米。PEM电解槽的效率约为60-70%，具体取决于工作条件。
2.碱性电解槽
这种电解槽具有简单的堆叠和设计，因此制造起来相对容易。它使用浓缩（25-30%）氢氧化钾 (KOH) 溶液作为电解质，使用基于 ZrO 2 的坚固隔膜和镀镍不锈钢作为电极。
典型工作温度和压力分别为 70 – 90° C 和 1 – 30 bar。某些碱性电解槽的使用寿命超过 30 年。碱性电解槽的效率约为 60 – 70%，具体取决于当前的工作条件。
3.阴离子交换膜（AEM）电解槽
AEM 氢电解槽兼具碱性电解槽较温和的优点和 PEM 电解槽的较高效率。与本文中介绍的其他类型相比，它是最近开发的技术之一，因此应用范围越来越广。在阴离子交换膜电解槽的设计中，高表面积镍或 NiFeCo 合金用作催化剂。阳极和阴极通常由镍泡沫或碳布制成。AEM 氢电解槽不需要钛等贵金属，因此可以降低解决方案的成本。它在高达 35 bar 的不同压力和 40 – 60°C 之间的温度下运行。虽然仍需改进某些特性（例如电解槽的效率），但非常有前景的商业解决方案已经存在。
4.固体氧化物电解槽（SOEC）
在固体氧化物电解槽 (SOEC) 中，低成本镍电极与电解质结合使用，其中常见的例子是氧化钇稳定氧化锆 (YSZ)。氧气侧使用的催化剂是钙钛矿型 (LSCF、LSM 等)，而氢气侧则使用 Ni/YSZ。SOEC 的典型工作温度范围为 700 – 850°C，压力为 1 巴。SOEC 的效率可达到 90%，同时使用更多的热能而不是电能来分解水。它的使用对于有余热的应用最具吸引力。
SOEC 可用于燃料生产、二氧化碳回收、化学合成和合成气领域。应用通常为千瓦级，有些项目达到 1 兆瓦。
电解槽技术已发展成为多种独特且成熟的系统，每种系统都具有一系列切实的优势。
氢电解槽的效率如何？
电解槽效率计算基于每生产一千克氢气所消耗的千瓦时，即 kWh/kg(H 2 )。将其与 1kg 氢气所含的能量进行比较，即可计算出电解槽的效率。
例如，如果氢电解槽消耗 50kWh 电力来生产 1kg 氢气，则效率为氢气的高热值（39.4 kWh/kg）除以消耗的能量。这样可得出效率为 79%。
有许多因素会影响电解槽的整体效率和耐用性。影响电解槽效率的一些主要因素是气体渗透、电极、镍合金、水杂质、操作条件、阳极溶解和可变负载。在考虑电解槽的整体效率时，还需要考虑其他几个因素。这些是整个电解槽系统的冷却器、净化器、水和热管理以及其他耗电设备。
氢电解槽的主要用途有哪些？
- 备用电源系统-电解槽配有燃料箱、储氢器、蓄电池等部件，可作为偏远地区、电网等的备用电源。
- 氢气和氧气的生产——氢气用作燃料，氧气可用于医疗应用、钢铁生产、平板玻璃厂或半导体工业等许多领域。
- 移动应用动力——现场生产的氢气可用于燃料电池电动汽车的加油站。
- 家庭和工业电力——产生的氢气可以注入天然气管道网络，以降低供暖应用的碳足迹。
- 燃料——可用于去除化石燃料中的硫，并与其他燃料混合以提高其效率。
- 产生绿色氢气，进而可用于生产绿色化学品、合成燃料、喷气燃料、甲醇或肥料等工业品。
与电解槽系统连接的接口有哪些？
在不同应用中直接/间接连接到电解器系统的主要部件如下所述。
- 燃料电池系统
- 电池
- 光伏电网
- 热控系统
- 供水系统
- 系统控制
- 氢存储
- 氧气储存
- 压力控制系统
- 泵
- 筛选器
- 电力输入
- 电源管理
- 排气系统
部分电解槽供应商名单
这些制造商提供氢电解槽：
- AFC Energy
- Areva H2Gen
- Clean Power Hydrogen Group
- Elogen
- Enapter
- ErrDue
- Green Hydrogen Systems
- H2 Core Systems
- H2-NRG
- H-Tec Systems
- Hydrogen Pro
- iGas Energy
- IPS Fest
- ITM Power
- John Cockerill
- Hydrox Holdings
- Linde
- McPhy
- Nel
- PlugPower
- Pure Energy Centre
- Siemens Energy
- Sunfire
- Thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers
最后更新：2023.1.15