氫氣，這一無碳綠色新能源，憑借其環保安全、高能量密度、高轉化效率、豐富儲量以及適用性等特點，在應對環境危機和構建清潔低碳能源體系中扮演著至關重要的角色。隨著化石燃料資源的日漸枯竭和能源價格的持續攀升，尋找廉價且儲量豐富的替代能源制氫已成為當務之急。展望未來，生物能、太陽能、風能等可再生能源制氫在21世紀將逐漸嶄露頭角，但就目前而言，從天然氣、甲醇、水等資源中制氫的技術仍相當有競爭力。值得注意的是，煤制氫因對環境和大氣造成嚴重污染而不被本項目考慮，因此不在討論之列。在選擇國內制氫原料路線時，必須綜合考慮原料資源的可獲得性和成本因素。天然氣制氫工藝雖復雜但技術成熟，甲醇制氫流程簡潔且設備常見，而水電解制氫則操作簡便至可實現全自動無人值守。在制氫純度方面，天然氣和甲醇制氫可達到999%，而水電解制氫在純度更高時可達9999%。同時，不同制氫方式對場地條件也有不同要求，例如天然氣制氫需考慮管道或槽車供應的便捷性，甲醇制氫則原料充足、運輸儲存方便，而水電解制氫的場地條件更為寬松。電解水制氫技術的槽體結構簡單、易于操作、價格便宜且技術成熟。包頭PEM電解水

新興電解水制氫技術海水電解制氫：可直接利用海洋資源，但面臨高鹽度、腐蝕性等挑戰。未來應開發抗腐蝕催化劑、適用的交換膜，改進電極結構和電解槽裝置。耦合制氫：通過小分子氧化與析氫反應耦合，降**氫能耗，提高能量效率。未來需深入探究耦合機制，開發經濟環保的技術并集成到可再生能源系統。研究總結與展望電解水制氫技術取得一定進展，但仍面臨諸多挑戰。未來應提升催化劑性能、降低能耗、研制新型設備，以適應可再生能源并網和清潔能源儲存需求，在能源轉型中發揮重要作用。包頭國內電解水制氫設備產量通過直接電解純水產生高純氫氣（不加堿），電解池只電解純水即可產氫。

理論分解電壓：不計任何損耗，只考慮水的自由能變化(電功)，該電壓用于克服電解產生的可逆電動勢電解水的理論分解電壓是1.23V。不過在實際操作中，由于電極極化、溶液電阻等因素，實際分解電壓往往大于理論分解電壓。實際分解電壓：一般在1.8-2.0V左右。超電壓：電流通過電極時產生極化現象，使電極電位偏離平衡值，此偏離值即為超電壓。產生原因：(1)濃差極化:電極過程某些步驟遲緩，使電極表面附近的反應物離子濃度低于電解液中的濃度，電極電位偏離平衡電位。高電流密度下容易出現，但實際電解溫度較高且循環，所以可忽略不計。(2)活化極化:參加電極反應的某些粒子缺少活化能來完成電子轉移，使陽極上氧化反應難以釋放電子，陰極上還原反應難以吸收電子，電極電位偏離平衡電位。低電流密度下容易出現。

在直流電作用下，水分子在陰極發生還原反應，生成氫氣和氫氧根離子（OH–），氫氧根離子在電場和氫氧側濃度差的作用下穿過隔膜到達陽極，在陽極一側發生析氧反應，生成氧氣和水。電解槽裝配時浸沒在高濃度（20%~30%）的KOH 溶液中，此時離子電導率比較大，主要缺點是電解液具有腐蝕性，NaOH 和NaCl 溶液也可作電解液，但不常用。堿槽的電解池分成兩個電極，電極將氣密隔膜分開。由于隔膜的阻礙，氫氣和氧氣不會通過隔膜混合在一起，但是電解液卻可以通過隔膜進入另一側。制氫系統運行時，氫氣和堿液的混合液以及氧氣與堿液的混合液分別經過氣水分離器，將氣體和溶液分離，堿液回流至電解槽，氫氣和氧氣分別進入純化裝置提純后進行收集。堿性電解水技術是電解水技術中發現得早的，也是目前電解水技術中成熟的。

目前工業界主流堿性電解槽3000A/m2對應的小室槽壓為1.85V左右，少數新銳產品能達到6000A/m2@1.85V。但是，需要著重提醒的是，雖然大量學術論文中達到了很好的技術指標，但是測試的方法卻達不到工業標準。“工欲善其事必先利其器”，為了快速獲得與工業場景對標的有效數據，就需要在工業標準的復合隔膜堿性電解槽上進行測試。采用工業標準的硬件和方法來測試催化電極，以國內學術界在電解水制氫領域內的規模和實力，研發潛力將被快速激發和釋放，對國內堿性電解槽行業帶來性的貢獻。在傳統制氫方法中，煤與天然氣重整等化石能源制氫是現今工業制氫的主流。電解水制氫設備廠家

可廣泛應用于氫能工程項目、制氫加氫站、發電廠、金屬冶煉、多晶硅與半導體制造等領域。包頭PEM電解水

堿性電解水技術比較大的缺點在于工作電流密度較低、電解槽效率不高、占地面積大。特別在冬季，設備需要經過較長時間預熱，啟動時間大概需要2 h。不過堿性電解水電解槽、隔膜等設備、材料的加工、制備工藝在我國已經基本成熟，產業鏈相對完善，是目前在我國**適合規模化的技術路線。通過調研了解，目前國內比較大單槽制氫規模已經達到 3000 Nm3/h，電解槽直流電耗比較低可以達到4.2 kW·h/Nm3。其原理為在兩個電極之間施以直流電，并用隔膜將陰陽兩極分離開來，在陰極水分子被還原，生成氫氣和氫氧根離子，生成的氫氧根離子穿過隔膜到達陽極，在陽極側失電子析氧，生成氧氣和水。包頭PEM電解水