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绿氢生产的关键在于采纳高效能的电解水制氢技术。在这一过程中，水分子在直流电流的作用下，会经历电化学转化，于电解槽的阴极析出氢气，同时在阳极生成氧气。依据其运作机理及所采用的电解质差异，电解水制氢技术可被细分为四大类别：碱性电解水技术（ALK）、质子交换膜电解水技术（PEM）、高温固体氧化物电解水技术（SOEC），以及固体聚合物阴离子交换膜电解水技术（AEM）。这些技术各展所长，共同推动着绿氢生产的进步与发展。
碱性电解水技术（ALK）：
作为电解水领域的先驱，至今仍保持着其技术上的成熟与领先地位。该技术的基本原理简明扼要：通过向两个电极间施加直流电，并利用隔膜有效隔离阴阳两极，促使在阳极处，氢氧根离子（OH-）经历氧化反应析出氧气；而在阴极，氢离子（H+）则通过还原反应生成氢气。在实践应用中，常选用具有高比表面积的镀镍钢板或镍铜铁合金作为阳极催化剂，其表面还常负载有锰、钨及钌的氧化物，以进一步增强催化效果。作为电解液，通常采用浓度为30%的氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）溶液。至于阴极，则多选用镀有高比表面积镍或镍钴合金的钢材作为催化剂。在运作过程中，电解槽所需电压通常维持在1.9伏特至2.6伏特之间，确保了技术的高效与稳定。
碱性电解水技术（ALK）
尽管碱性水电解技术已相当成熟地应用于工业化生产，但其固有的局限性亦不容忽视。首要问题在于效率低下，即便配置了隔膜以隔离阴阳极，阳极产生的氧气仍会不可避免地渗透到阴极，并在那里重新被还原为水，这一过程不仅损耗了电能，降低了电解效率，而且渗入的氧气还构成了不容忽视的安全风险。其次，该技术的电解器受限于电流密度的提升，这主要是由于液体电解质与隔膜的存在，使得电解器难以承受高电流密度的运行环境。再者，采用液体电解质还意味着在高压条件下运行面临挑战，这无疑增加了运行管理的复杂度。尽管如此，碱性电解水技术凭借其相对较低的应用成本，依然在工业领域占据着举足轻重的地位。
质子交换膜电解水技术（PEM）
质子交换膜电解水技术（PEM）以其低能耗与设备紧凑的特性脱颖而出，特别适应于可再生能源电力的接入。然而，它亦面临电解槽寿命相对较短及初期设备成本高昂的难题。PEM的工作原理简而言之：在阳极，水分子被分解为氧气与质子，质子随后穿越质子交换膜（即固体聚合物电解质）抵达阴极，最终在阴极被还原成氢气。PEM技术的诞生得益于质子交换膜的革新，它成功地将阴阳极间距缩短至几百乃至几十微米，极大程度地削减了离子迁移过程中的能耗。尽管PEM电解水的运行槽压大致维持在2.0伏特左右，并未实现大幅度下降，但其工作电流密度却远超碱性电解水技术，从而在总体能耗降低方面展现出更强的竞争力。
质子交换膜电解水技术（PEM）
高温固体氧化物电解水技术（SOEC）
固体氧化物水电解技术，亦称高温水电解技术，凭借其高温作业环境，显著提升了催化剂的活性，进而大幅度降低了水分解过程中的能耗，其效率之高，可达90%的惊人水平。除了能耗低的显著优势外，该技术还因采用固态电解质而独具魅力，这一特性极大地减轻了腐蚀问题的困扰，与PEM电解水技术有异曲同工之妙，使得对流体的分布与管控要求相对宽松。在具体实施上，该技术可借鉴高温燃料电池体系的成功经验。诚然，高温水电解技术需要额外能量来维持其高温运行状态，这无疑增加了整体能耗。但若能获得合适的热源，这一电解水技术无疑将展现出极为诱人的应用前景。
高温固体氧化物电解水技术（SOEC）
阴离子交换膜电解槽 （AEM）
德国Evonik工业公司依托其领先的气体分离膜技术，创新研发了一种专有的聚合物材料，专为AEM电解槽设计。目前，该材料正处于中试阶段，以扩大膜的生产规模，并即将进入系统可靠性验证及电池规格提升的关键阶段，同时筹划进一步扩大生产规模。
然而，AEM电解槽的发展之路并非坦途，当前面临的主要挑战包括缺乏高导电性、耐碱性的AEM材料，以及贵金属电催化剂导致的高昂制造成本。此外，电解槽薄膜中CO2的渗入会削弱膜与电极的电阻，进而降低电解效率。
展望未来，AEM电解槽的发展将聚焦于以下四大方向：一是研发兼具高导电率、优异离子选择性和长期碱性稳定性的AEM材料；二是攻克贵金属催化剂成本高昂的难题，开发高效且不含贵金属的催化剂；三是设定AEM电解槽的目标成本为每平方米20美元，通过采用廉价原材料和简化合成步骤，力求大幅降低合成成本，进而降低整体制造成本；四是有效减少电解槽内的CO2含量，以提升电解性能。
总结
四种电解水技术在材料、性能、效率和成本上各有千秋。国内碱性电解槽技术成熟，产业链完善，成本下降，市场应用广泛，尤其在大型绿氢项目中表现突出。PEM电解槽方面，国内供应链尚待加强，但政策支持和市场回暖将吸引更多企业加入，推动工艺进步和成本降低。目前，国内碱性制氢装备企业超百家，PEM制氢装备企业超三十家，双线布局被视为稳妥策略。SOEC和AEM作为新兴技术，潜力巨大，是未来研发重点，目前仍处于基础材料研发阶段。
氢电科技系列产品9
