碱性膜电解水制氢技术现状分析

碱性膜电解水制氢技术现状分析

许佳雷 邹艳丽

陕西延长石油（集团）有限责任公司 陕西 延安 716000

摘要：对于氢能清洁而言，在应用过程中不但具有非常明显的高效性与可再生性，同时也不会产生污染问题，目前属于非常重要的能量载体，并且在未来有着比较广阔的发展前景。结合目前的实际情况来看，我国正面临着非常严重的生态环境恶化现象，这就导致大量的可再生能源被利用。要想对这一问题进行合理解决，就应该实现可再生能源电力与电解水技术之间的有效融合，通过这种方式可以实现对可再生能源的充分利用。本文主要针对目前碱性膜电解水制氢技术应用中存在的问题进行了深入分析，并结合实际情况提出了一些有效地解决策略，希望能为相关人员提供合理的参考依据。

关键词：碱性膜电解水；制氢技术；应用现状；解决对策

现如今，基于我国现代社会经济发展背景下，虽然人们的生活水平与质量实现了明显提升，但是所面临的能源危机以及环境恶化问题也越来越严峻，从而对人类生存带来了严重威胁。因此，加大对可再生能源的充分利用，成为目前相关领域所研究的重点内容。但是，对于部分可再生能源而言，在储存以及运输等方面都存在一定的难度，这就需要应用高效清洁的能源载体，从而实现可再生能源与用户之间的有效连接。而对于氢能而言，在应用过程中不但可以发挥出非常好的清洁效果，同时还具有非常明显的高效性，所以未来有着非常广阔的发展前景。

1. 加强电解水制氢技术研究的重要性

结合相关的调查结果可以了解到，在全球所涉及到的氢气设备方法中，其中天然气制氢在其中占据着非常高的比重，大约在47%左右，处于第二位的是石油气化制氢，占到了30%左右，煤气化制氢位于第三，大概在17%左右，电解水制氢比重为4%。

结合我国实际情况进行分析，对于现有的氢气来源，主要体现在了化石能源重整制氢方面，比重达到了96%。在电解水制氢方面，规模占比达到了3%。由此可以看出，无论是对于国内还是国外，电解水制氢所占据的比重都比较低。结合现有的制氢技术进行分析，在应用过程中通常会产生非常多的二氧化碳，而生物制氢、光电化学制氢等技术还需要进一步优化与完善。我国能源结构转变了以往化石能源为主模式，逐渐对可再生能源引起重视，同时国家相关部门也大力支持将可再生能源转化为热能或者是氢能，从而实现对可再生能源的充分利用。结合相关的预测结果来看，在未来三十年之后，将有70%的氢气来源于可再生能源，由此可以看出，可再生能源电解水制氢未来将成为主要趋势。

2. 电解水制氢技术发展现状分析

对于电解水制氢而言，就是在直流线作用的基础上，通过化学过程将水分子解离为氢气与氧气，然后在阴阳两极进行析出。结合电解质之间存在的差异，通常可以将电解水制氢划分为碱性电解、质子交换膜电解水以及固体氧化物电解水等几个方面。

碱性电解水在最开始形成的时候，主要是面向工业化方向发展，一般在氨生产与石油精炼等行业中有着比较广泛的应用。之后随着经济的不断发展，我国现有能源越来越短缺，并且在环境方面受到了非常严重的污染问题，这就对PEM电解水技术发展起到了非常重要的推动作用，特别是对于一些特殊领域而言，所应用到的高压紧凑型碱性电解水也因此获得了良好的发展前景。结合目前的实际情况来看。应有比较广泛的电解水制氢技术主要体现在了ALK于PEM两个方面。其中，SOEC技术在应用过程中可以发挥出非常明显的高效性，但是目前仍然处于研发和实验阶段。

3. 电解水制氢发展趋势

3.1 电解水制氢先进技术分析

3.1.1 固体氧化物水电解水技术

在对固体氧化物水电解水技术进行应用的过程中，其特点主要体现在了以下几个方面：第一，优势作用。目前，相关领域逐渐加强了对固体氧化物水电解水技术的研究工作，因此，在未来发展中可以转变传统技术中存在的缺陷。基于效能角度上进行分析，在对固体氧化物水电解水技术进行应用时，可以使用固体氧化物作为电解质材料，并且在作业过程中对温度要求不高，在500~1000℃下都可以开展工作，可以在很大程度上提升能量转换效率，同时在催化过程中不需要使用贵金属材料，所以，基于理论上来看，其效率可以达到百分之百。另外，固体氧化物水电解水技术在应用时不但可以发挥出非常高的转换效率，并且在蒸汽与二氧化碳的作用下，还能形成气体，从而可以应用到各个环节中，比如，通过蒸汽与二氧化碳，可以生成液体燃料。对于光热发电厂而言，可以在现场通过太阳能辐射作用的发挥，从而形成蒸汽与电力，在此基础上具有非常高的容量系数，在与光热发电厂的共同作用下，可以保证所有输入的能源，全部能生产可再生能源；第二，技术现状。结合固体氧化物水电解水技术的应用现状进行分析，目前该技术正处于非常重要的研发阶段，固体氧化物水电解水技术在应用过程中对于材料方面有着非常高的要求。基于电解高温高湿条件下，对于一般材料的氧电极而言，在电解作用下，会形成非常严重的阳极极化问题，同时很大程度上还会引发脱层问题的产生。并且关于氧电极电压损失方面，也要超出了氢电极与电解质所带来的损失。针对这种现象，需要相关领域加强对新材料以及新氧化电极的研发工作，从而才能降低极化损失发生概率。另外，从电堆集成角度上来看，在高温高湿条件下，固体氧化物水电解水技术会降低密封材料的使用年限。这些问题如果能够得到有效解决，那么固体氧化物水电解水技术在未来将有着非常广阔的发展前景，同时也会成为非常重要的制氢技术。

3.1.2 碱性固体阴离子交换膜电解水技术

在对碱性固体阴离子交换膜电解水技术进行应用的过程中，其特点主要体现在了以下两个方面：第一，技术优势。该技术实现了碱性液体电解质水电解与PEM水电解之间的优势进行有效结合，其中，对于AEM水电解当中的隔膜材料，可以对固体聚合物阴离子交换膜进行有效传导，在对催化剂进行选择的过程中，可以使用非贵金属催化剂，与PEM技术相比，在催化剂方面可以有效减少催化剂成本的投入，同时对于电解池双极板材料的腐蚀要求也比较低；第二，技术现状。目前，碱性固体阴离子交换膜电解水技术仍然处于非常重要的研发阶段，并且将重点主要放在了碱性固体聚合物阴离子交换膜与高活性非贵金属催化剂方面。

3.2 我国将加强PEM电解水技术研发工作

现如今，我国相关部门逐渐对可再生能源制氢技术发展引起了高度重视，因此，应该加强对PEM水电解制氢技术宣传工作，并对商业性特点进行示范，采取商业化推广的形式，可以有效减少水电解制氢成本的投入，并实现水电解制氢与可再生能源时间的有效融合。PEM水电解制氢产品在未来将会面向产业化制氢方向不断发展，并应用到工业加氢领域中。

结语：
综上所述，对于目前所面临的环境污染以及能源危机等问题，通过氢能源可以对以上问题进行有效缓解，同时也是未来能源主要的发展方向。将可再生能源的优势充分发挥出来，可以对电解水制氢起到非常重要的推动作用，同时也是面向氢经济发展的重要基础条件。

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