PEM(Protonexchangemembrane)是质子交换膜电解水技术的简称。和碱性电解水制氢技术不同,PEM电解水制氢技术使用质子交换膜作为固体电解质替代了碱性电解槽使用的隔膜和液态电解质(30%的氢氧化钾溶液或26%氢氧化钠溶液),并使用纯水作为电解水制氢的原料,避免了潜在的碱液污染和腐蚀问题。PEM电解槽运行时,水分子在阳极侧发生氧化反应,失去电子,生成氧气和质子。随后,电子通过外电路转导至阴极,质子在电场的作用下,通过质子交换膜传导至阴极,并在阴极侧发生还原反应,得到电子生成氢气,反应后的氢气和氧气将通过阴阳极的双极板收集并输送。水电解制氢设备是将水分解成氢和氧的方法,将电流通过水电解槽内的电极,在负极处放电,把水分解成氢和氧。枣庄专业电解水制氢设备产量
从近年来发布的氢能相关主要国家政策和相关战略可以看出:氢能 2020 年列入能源范畴,2022 年上升至国家能源战略高度,这与提出碳达峰碳中和目标和能源饭碗端在自己手中的指示,与中石化打造氢能公司目标是一致的。目前成熟的电解水技术为碱水电解和质子交换电解。从国际能源署预测,全球制氢技术仍以碱性电解水为主。从今年季度国内上马的制氢项目也可以看出全部为碱性电解制氢技术。2022 年中国碱性电解水制氢设备的出货量约 800MW,质子交换膜电解水制氢设备的出货量约 24MW,在 2021 年基础上实现翻番,2023 年上半年已公开招标项目装机规模超 400MW,绝大多数均采用碱性水电解制氢技术,预计 2023 年国内电解槽订单量将超 1GW 水平。枣庄工业电解水制氢技术该设备通过特定的膜过滤技术,将氢气从混合气体中分离出来。
电解水制氢就是利用电力将水分解成氢气和氧气的化学反应过程。电解水的反应公式为:2H2O→2H2+O2,反应需要利用电流作为驱动力。具体来说,将两根电极插入水中,通电时,阴阳极上分别析出氢气和氧气,随后通过气体分离器分离收集。电解槽是实现电解水制氢的设备,它可以将直流电通过电极分解电解质溶液,并将电解产物分离出来。电解槽的类型多样,常用的有对流式电解槽、膜法电解槽等。电源是电解水制氢的重要组成部分,需要提供足够的电流和电压以保证反应能够正常进行。一般采用直流电源,其电压和电流的大小取决于电解槽的大小和反应条件。
在双碳目标驱动下,中国电解水制氢产业发展迅速,产业链端入局企业在迅速增加,应用端在逐步突破。中国布局电解水制氢的企业数量快速增加,据统计,电解槽装备企业数量已超百家,产业链相关企业已超二百家。自2021年至今,国内已有接近40款碱性电解槽产品发布。中国已有超过百个在建和规划中的电解水制氢项目,涵盖了石油炼化、化工合成、钢铁冶炼和交通等多个领域。接近75%的绿氢项目坐落于三北地区,约80%的项目采用碱性电解水制氢技术。随着绿氢产业备受重视,带动电解水制氢设备需求大幅上涨,设备订单同比也明显增长。
和碱性电解水制氢技术相比,PEM电解水制氢技术具有电流密度大、氢气纯度高、响应速度快等优点。PEM电解槽的电流密度更大,通常在10000 A/m2以上。PEM电解槽的产氢纯度通常在99.99%左右。由于PEM电解槽使用纯水作为电解原料,产生的氢气中不会带入碱雾,有利于提升氢气品质。另外,质子交换膜的气体渗透率低,这有助于避免氢气和氧气的气体交叉渗透现象。PEM电解槽无需严格控制膜两侧压力,具有快速启动停止和快速功率调节响应的优势,适用于可再生能源发电波动性输入。电解水制氢作为目前制取绿氢主要的方式,市场规模正不断扩大。焦作小型电解水制氢设备
中国已有超过百个在建和规划中的电解水制氢项目,涵盖了石油炼化、化工合成、钢铁冶炼和交通等多个领域。枣庄专业电解水制氢设备产量
水电解制氢中一般要求运行在稳定或接近稳定的电力输入下以保障整体性能和可靠性,而可再生能源包括风和太阳能具有波动性的天然特征,这导致可再生能源电力无法完全用于制氢,不利于实现可再生能源的有效利用。目前碱性电解槽表现出一定的波动性负荷跟随能力,如允许在 30%-110%比例的额定制氢功率区间内运行,但缺乏长期的示范验证。尤其是当输入电力波动性变化时,电解槽内温度、电位等参数发生瞬态变化,水或碱液等传质响应滞后,导致局部高温或高电势,可能对电极、隔膜等材料造成不可逆损害,从而影响制氢性能,削减电解槽寿命。基于波动性对电解槽的工况-材料-结构-性能影响规律,进行正向设计开发,研究缓解策略,提升电解槽抵抗电源波动能力,从而增加可再生能源利用率,对于降低电解水制氢成本、推动规模化应用具有重要意义。枣庄专业电解水制氢设备产量