将氢气作为一种质料广泛地运用于工业质料、直燃供能、家用燃料电池和燃料电池轿车等范畴是氢能的首要运用与开展方向，相关技能近年来已取得了长足进步。制氢技能是氢气得到高效运用的要害，你知道几种制氢技能呢？

  氢气的来历十分广泛，首要的氢源供给方法有煤、天然气等化石动力重整制氢、工业副产氢和电解水制氢，未来或具有规划化氢源供给潜力的其他方法还包含生物质制氢、光热制氢、光电制氢及核能制氢等。现在来看，95%以上的氢气来历于化石动力重整制氢及工业副产氢，其他来历的氢气还十分有限，但是运用可再生动力电解水制氢，让可再生动力经过“电–氢–电(或化工质料)”的方法将电力、交通、热力和化工等范畴耦合起来，完成“绿氢”的真实高效运用，才干发挥氢作为一种动力的真实效果。

  可再生动力制氢的要害中心技能是高效的电解水制氢技能。电解水制氢就是在直流电的效果下，经过电化学进程将水分子解离为氢气与氧气，分别在阴、阳南北极分出。

  依据电解质体系的不同，可将电解水制氢分为碱性电解水、质子交流膜（PEM）电解水和固体氧化物电解水3种。三者的基本原理是共同的，即在氧化复原反响进程中，阻挠电子的自在交流，而将电荷转移进程分解为外电路的电子传递和内电路的离子传递，然后完成氢气的产生和运用。但三者的电极资料和电解反响条件不同，其技能比较如表1所示。

  碱性液体电解水技能是以KOH、NaOH水溶液作为电解质，选用石棉布等作为隔阂，在直流电的效果下将水电解，生成氢气和氧气，反响温度较低（60~80℃）。产出的氢气纯度约为99%，需求进行脱碱雾处理。碱性电解槽首要结构特征为液态电解质和多孔隔板，如图2所示。碱性电解槽的最大作业电流密度小于400mA/cm²，功率一般在60%左右。

  碱性液体电解水于20世纪中期就完成了工业化。该技能较老练，运转寿数可达15a。首要缺点如下：

  （1）在液体电解质体系中，所用的碱性电解液（如KOH）会与空气中的CO₂反响，构成在碱性条件下不溶的碳酸盐（如K₂CO₃），导致多孔的催化层产生堵塞，然后阻挠产品和反响物的传递，大大下降电解槽的功能；

  （2）碱性液体电解质电解槽发动预备时间长，负荷呼应慢，还必须时 刻坚持电解池的阳极和阴极两边上的压力均衡， 避免氢氧气体穿过多孔的石棉膜混合，从而引起爆破。因而，碱性液体电解质电解槽较难以与具有快速动摇特性的可再生动力合作。

  PEM 电解水又称为固体聚合物电解质（solidpolymerelectrolyte，SPE）电解水，作业原理如图 3 所示。水（2H₂O）在阳极上产生水解反响，在电 场和催化剂效果下，分裂成质子（4H+）、电子（4e-） 和气态氧；4H+ 质子在电势差的效果下，经过质子交流膜抵达阴极；4e- 电子经过外部电路传导，在阴极上产生 4H+ +4e- 反响，分出氢气（2H₂），完成氢气和氧气的别离；在阴极腔体内，跟着产氢 量的添加，压力逐步增大，直至抵达预订压力。

  PEM 电解槽的运转电流密度一般高于 1A/cm²， 至少是碱性电解水槽的 4 倍，具有功率高、气体纯度高、电流密度可调、能耗低、体积小，无碱液、绿色环保、安全可靠，以及可完成更高的产气压力等长处，被公认为是制氢范畴极具开展前景的电解制氢技能之一。

  典型的PEM水电解池首要部件包含阴阳极点板、阴阳极气体分散层、阴阳极催化层和质子交流膜等。其间：阴阳极点板起固定电解池组件，引导电的传递与水、气分配等效果；阴阳极气体分散层起集流和促进气液的传递等效果；阴阳极催化层的中心是由催化剂、电子传导介质、质子传导介质构成的三相界面，是电化学反响产生的中心场所；质子交流膜作为固体电解质，一般运用全氟磺酸膜，起到阻隔阴阳极生成气、阻挠电子传递的一起传递质子的效果。

  PEM电解水对催化剂载体要求较高。抱负的催化剂应具有高的比表面积与孔隙率、高的电子传导率、杰出的电催化功能、长期的机械与电化学稳定性、小的气泡效应、高选择性、廉价可用与无毒性等条件。满意上述条件的催化剂首要是Ir、Ru等贵金属/氧化物以及以它们为基的二元、三元合金/混合氧化物。因为Ir、Ru的价格昂贵且资源稀缺，而现在的PEM电解槽的Ir用量往往超越2mg/cm²，迫切需求削减IrO₂在PEM水电解池中的用量。商业化的Pt基催化剂可直接用于PEM电解水阴极的析氢反响，现阶段PEM电解水阴极的Pt载量为0.4~0.6mg/cm²。

  虽然PEM电解水制氢技能与可再生动力耦合方面优势显着，但若要更好地满意可再生动力运用的需求，也需求在以下方面进一步开展：

  （2）进步电流密度和宽负荷改变作业能力，下降体系本钱，完成可再生动力的高效消纳，一起也便于辅佐电网调峰，减轻电网担负，进步动力运用功率；

  （3）进步气体输出压力，便于气体贮存和运送运用，削减后续的增压设备需求，下降全体的能耗。

  高温固体氧化物电解电池（solidoxideelectrolysiscell，SOEC）即固体氧化物燃料电池（solidoxidefuelcell，SOFC）的逆反响。阴极资料一般选用Ni/YSZ多孔金属陶瓷，阳极资料首要是钙钛矿氧化物资料，中心的电解质选用YSZ氧离子导体。混有少数氢气的水蒸气从阴极进入（混氢的意图是确保阴极的复原气氛，避免阴极资料Ni被氧化），在阴极产生电解反响，分解成H₂和O²-，O²-在高温环境下经过电解质层抵达阳极，在阳极失掉电子，生成O²。因为固体氧化物具有杰出的热稳定性和化学稳定性，整个体系在高温下电解的电压较低，致使能量消耗较少，体系制氢功率能够高达90%。

  但是，现在在技能方面，阳极与阴极资料在高温高湿条件下的稳定性和电堆体系在长期运转下衰减过快等问题仍亟待解决。因而，SOEC技能现在仍处于技能研制阶段，在HELMETH等项意图支持下，德国的卡尔斯鲁厄等地有一些小型演示项目。

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