水電解制氫的效率取決于所需的電壓和實(shí)際消耗的電能。理想情況下,水電解制氫只需要1.23 V的電壓,這是水分解為氫氣和氧氣所需的小熱力學(xué)勢差。但實(shí)際上,由于電極材料、電解質(zhì)、溫度、壓力、反應(yīng)動力學(xué)等因素的影響,水電解制氫需要更高的電壓才能進(jìn)行,一般在1.8~2.4 V之間。因此,水電解制氫的效率一般在50~80%之間。水電解制氫是一種可利用可再生能源(如太陽能、風(fēng)能等)產(chǎn)生清潔氫氣的方法,具有環(huán)境友好和碳中和的潛力。但也面臨著技術(shù)挑戰(zhàn)和經(jīng)濟(jì)競爭力等問題,需要進(jìn)一步的研究和發(fā)展。綠氫價(jià)格受電價(jià)、設(shè)備成本、運(yùn)行成本、綠氫市場及政策等影響,目前與藍(lán)氫相比仍不具優(yōu)勢。巴彥淖爾電解水制氫技術(shù)
堿性水電解技術(shù)(ALK)是指在堿性電解質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行電解水制氫的過程,電解質(zhì)一般為30%質(zhì)量濃度的KOH溶液或者26%質(zhì)量濃度的NaOH溶液。較之于其他制氫技術(shù),堿性電解水制氫可以采用非貴金屬催化劑,且電解槽具有15年左右的長使用壽命,因此具有成本上的優(yōu)勢和競爭力。堿性電解水制氫技術(shù)已有數(shù)十年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),在20世紀(jì)中期就實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化,商業(yè)成熟度高,運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富,國內(nèi)一些關(guān)鍵設(shè)備主要性能指標(biāo)均接近于國際先進(jìn)水平,單槽電解制氫量大,易適用于電網(wǎng)電解制氫。但是,該技術(shù)使用的電解質(zhì)是強(qiáng)堿,具有腐蝕性且石棉隔膜不環(huán)保,具有一定的危害性。許昌PEM電解水制氫設(shè)備銷售氫能在推動能源轉(zhuǎn)型方面扮演著至關(guān)重要的角色。
該技術(shù)是指使用質(zhì)子(陽離子)交換膜作為固體電解質(zhì)替代了堿性電解槽使用的隔膜和液態(tài)電解質(zhì)(30%的氫氧化鉀溶液或26%氫氧化鈉溶液),并使用純水作為電解水制氫原料的制氫過程。和堿性電解水制氫技術(shù)相比,PEM電解水制氫技術(shù)具有電流密度大、氫氣純度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),并且,PEM電解水制氫技術(shù)工作效率更高,易于與可再生能源消納相結(jié)合,是目前電解水制氫的理想方案。但是由于PEM電解槽需要在強(qiáng)酸性和高氧化性的工作環(huán)境下運(yùn)行,因此設(shè)備需要使用含貴金屬(鉑、銥)的電催化劑和特殊膜材料,導(dǎo)致成本過高,使用壽命也不如堿性電解水制氫技術(shù)。
主流電解水制氫技術(shù)堿性電解水制氫:技術(shù)成熟,已商業(yè)化,但存在電流密度低、氣體交叉混合等問題。通過采用微間隙或零間隙結(jié)構(gòu)可提升效率,未來應(yīng)開發(fā)低成本非貴金屬催化劑。質(zhì)子交換膜電解水制氫:具有高電流密度、高氣體純度等優(yōu)點(diǎn),但成本高、材料腐蝕問題突出。研究聚焦于開發(fā)非貴金屬催化劑,降低成本并提高材料耐腐蝕性。陰離子交換膜電解水制氫:成本效益高,但處于起步階段,膜材料性能和設(shè)備應(yīng)用有待探索。未來需優(yōu)化非貴金屬催化劑,開發(fā)新型納米結(jié)構(gòu)材料。固體氧化物電解水制氫:高溫下效率高,但穩(wěn)定性和耐久性不足。研究重點(diǎn)是開發(fā)新型材料和催化劑,解決高溫下的穩(wěn)定性問題。電解水制氫作為一種清潔、高效的制氫方式,具有廣泛的應(yīng)用前景。
電解液的電阻受多種因素的影響。首先是電解液的種類和濃度。例如,在堿性電解液中,氫氧化鉀(KOH)濃度的變化會改變電解液的導(dǎo)電性。一般而言,濃度越高,離子數(shù)量越多,導(dǎo)電性越好,電阻越小,電壓損耗也會相應(yīng)降低。但是過高的濃度可能會導(dǎo)致其他問題,如腐蝕電極等。其次是溫度。溫度升高,電解液中離子的運(yùn)動速度加快,離子遷移率增加,使得電解液的電阻減小。例如,當(dāng)溫度從20℃升高到80℃時(shí),氫氧化鉀電解液的電阻會降低,從而減少電壓損耗。另外,電解池的幾何結(jié)構(gòu)也會影響電壓損耗。電極間距越大,離子傳輸?shù)木嚯x越長,電解液的電阻就越大,電壓損耗也就越大。同時(shí),電解池的形狀、電極的大小和排列方式等也會對電解液的電阻產(chǎn)生一定的影響。目前工業(yè)上多選擇在堿性環(huán)境中進(jìn)行電解水反應(yīng)。菏澤本地電解水制氫設(shè)備
電解槽是電解水制氫系統(tǒng)的裝備,在直流電作用下,水通過電化學(xué)反應(yīng),得到氫氣和氧氣。巴彥淖爾電解水制氫技術(shù)
降低操作電壓的方法總結(jié),主要三個(gè)方面:①陰極超電位;②陽極超電位;③電阻電壓降。低電密下,超電壓是主因,高電密下,電阻電壓降為主因。1、提高操作溫度。減小電解液本身電阻,降低活化超電壓,降低理論分解電壓。但要兼顧腐蝕問題。2、提高操作壓力。減小電解液含氣度,從而減小實(shí)際電阻,但會引起理論分解電壓上升(相對小)。3、降低電流密度。減小超電壓,減小電阻電壓降。但與提高電密減小設(shè)備費(fèi),與提高操作溫度相悖。4、加大循環(huán)速度。減小含氣度,減小濃差極化,使溫度分布均勻以降低電阻率。但過高作用不。5、提高催化活性。降低活化超電壓,減小電阻電壓降。主要取決于材料性質(zhì)和表面形態(tài)。6、減小極間距離。減小電阻電壓降。但要考慮含氣度上升,以及槽內(nèi)短路打火。巴彥淖爾電解水制氫技術(shù)