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山东MW级电解水设备

来源: 发布时间:2022年05月01日

氢气比重小、扩散快,其导热系数是空气的8.4倍,因此常被用作发电机组的冷却剂,可以大幅降低风摩擦损耗,对于1GW的发电机组,氢气纯度每提高1%,可以节约228kW的能源。与ALK技术对比,PEM水电解制氢技术启停速度快、负荷波动范围广、产氢压力高,尤其适合利用可再生能源电力(尤其是离网电力)制氢,是实现大规模水电解制氢应用较有效的方式之一。此外,它还可以实现对风电、水电、光伏电等电力能源的调峰运行和对弃电资源的充分利用,因而成为大规模、高效储能的重要方式之一。质子交换膜电解水水电解器(PEMWE)技术在可再生能源的电催化制氢方面受到关注。山东MW级电解水设备

区别于碱性水电解制氢,PEM水电解制氢选用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜电解水电解水作为固体电解质替代石棉膜,能有效阻止电子传递,提高电解槽安全性。PEM水电解槽主要部件由内到外依次是质子交换膜电解水电解水、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板等。其中扩散层、催化层与质子交换膜电解水电解水组成膜电极,是整个水电解槽物料传输以及电化学反应的主场所,膜电极特性与结构直接影响PEM水电解槽的性能和寿命。将可再生能源发电转化为氢气,可提高电力系统灵活性,正成为可再生能源发展和应用的重要方向。河北航天电解水上市公司碱性水电解制氢技术成熟,投资、运行成本低,但存在碱液流失、腐蚀、能耗高等问题。

膜电极中析氢、析氧电催化剂对整个水电解制氢反应十分重要。理想电催化剂应具有抗腐蚀性、良好的比表面积、气孔率、催化活性、电子导电性、电化学稳定性以及成本低廉、环境友好等特征。阴极析氢电催化剂处于强酸性工作环境,易发生腐蚀、团聚、流失等问题,为保证电解槽性能和寿命,析氢催化剂材料选择耐腐蚀的Pt、Pd贵金属及其合金为主。现有商业化析氢催化剂Pt载量为0.4~0.6mg/cm2,贵金属材料成本高,阻碍PEM水电解制氢技术快速推广应用。为此降低贵金属Pt、Pd载量,开发适应酸性环境的非贵金属析氢催化剂成为研究热点。

水电解槽制氢设备开发是国内外碱性水电解制氢研究热点。可再生能源加速发展使得大规模消纳可再生能源成为突出问题。碱性水电解制氢电解槽隔膜主要由石棉组成,起分离气体的作用。阴极、阳极主要由金属合金组成,如Ni-Mo合金等,分解水产生氢气和氧气。工业上碱性水电解槽的电解液通常采用KOH溶液,质量分数20%~30%,电解槽操作温度70~80℃,工作电流密度约0.25A/cm2,产生气体压力0.1~3.0MPa,总体效率62%~82%。碱性水电解制氢技术成熟,投资、运行成本低,但存在碱液流失、腐蚀、能耗高等问题。质子交换膜电解水作为氢燃料电池中心部件,其质量好坏直接影响电池的使用寿命。

过去5年电解槽成本已下降了40%,但是投资和运行成本高仍然是PEM水电解制氢亟待解决的主要问题,这与目前析氧、析氢电催化剂只能选用贵金属材料密切相关。为此降低催化剂与电解槽的材料成本,特别是阴、阳极电催化剂的贵金属载量,提高电解槽的效率和寿命,是PEM水电解制氢技术发展的研究重点。与碱性水电解制氢相比,PEM水电解制氢工作电流密度更高(˃1A/cm2),总体效率更高(74%~87%),氢气体积分数更高(>99·99%),产气压力更高(3~4MPa),动态响应速度更快,能适应可再生能源发电的波动性,被认为是极具发展前景的水电解制氢技术。目前PEM水电解制氢技术已在加氢站现场制氢、风电等可再生能源电解水制氢、储能等领域得到示范应用并逐步推广。水电解制氢是指水分子在直流电作用下被解离生成氧气和氢气,分别从电解槽阳极和阴极析出。广东阴离子电解水膜电极

碱性水电解制氢电解槽隔膜主要由石棉组成,起分离气体的作用。山东MW级电解水设备

相比PEM水电解,AEM水电解选用固体聚合物阴离子交换膜作为隔膜材料,膜电极催化剂、双极板材料可选性更宽广,未来突破阴离子交换膜和高活性非贵金属催化剂等关键材料有望明显降低电解槽制造成本。应用推广方面,当下电力系统中波动性可再生能源份额不断上升,未来几十年这一趋势仍将延续。可再生能源制氢是单独绿色低碳制氢方式,不但能提高电网灵活性,而且可远距离运输和分配可再生能源,支持可再生能源更大规模的发展。作为媒介氢气促进可再生能源时空再分布,助力电力系统与难以深度脱碳的工业、建筑和交通运输部门建立起产业联系,不断丰富氢气的应用场景。这也为PEM水电解制氢技术带来巨大的发展空间。山东MW级电解水设备

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