——来自清华大学杨福源教授
【汽车学术沙龙】杨福源:碱性水电解制氢技术综述及展望_哔哩哔哩_bilibili，建议大家看一下原视频。
杨教授指出——碱性电解水制氢的关键技术包括：系统层面、电解槽层面、关键零部件层面。
基于碱性电解水的机理现象研究，目前存在的科学问题是：
1. 由于OH-浓度不均衡导致的离子传导问题，可以通过设计高离子穿透、低气体交叉、强耐腐蚀性的隔膜来解决。
2. 由于气泡的产生与脱出导致的传质传热问题，可以通过开发性能优异的催化剂/电极结构，优化附件系统和控制系统来缓解。
3. 由于动态响应引起的系统控制问题，也是通过附件系统和控制系统来缓解。
所以总结下来，电解水制氢的核心问题在于：
1. 以膜、催化剂和电极为核心的材料及制备问题（膜电极）
2. 以气泡产生和脱出为核心的结构及控制问题（系统结构）
其中单池电解槽的设计是我们实验室研究的重点，通过优化隔膜、催化剂/电极、流场、压力、温度、流速等关键电位来优化单池电解槽性能。
① 隔膜
碱液制氢隔膜有PPS膜和复合隔膜。
目前来看，两者各有优缺点：PPS膜相对来说比较厚，面电阻高，能耗偏高，但是其成本低，对碱液和机械摩擦的耐受性强。复合隔膜的厚度较薄，面电阻和能耗降低，但机械强度和成本工艺不占优势。
未来隔膜的研究会在开发更薄、面电阻更低、更稳定耐受、成本更低的复合隔膜上。
② 催化剂/电极
催化剂/电极的研究是核心，也是研究最多的内容。
研究方向除了在电极材料组成设计上，如提高催化剂本征活性、活性位点、加快电子传导性之外，近几年开始注重电极结构设计，如多孔电极结构类型及参数，气泡与电极的位置关系，镍电极粗糙化等，来加快气体传质扩散。
分级多孔气体扩散层的设计以及气泡与电极的位置设计加速气体传质，有两篇很有意思的文章，等我整理一下分享给大家。
阴极HER：阴极镍电极镀少量铂可以显著降低析氢过电位
阳极OER：阳极NiFe基催化剂具有优异的析氧性能
同时考虑成本、工艺、耐久性等问题，进行综合成本核算。
③ 流场
流场起到气体快速扩散的作用，从反应位点被带出的气泡进入这里能够被迅速带出，同时畅保证流场各处碱液浓度均匀稳定。
④ 压力
高压电解可提高电解效率，降低成本。计算出当压力为2.7MPa左右时，效率最佳。
高压电解带来的气体压缩成本减少，但也会造成氢氧渗透增加及运行范围减小问题。
⑤ 温度
提高温度可以提高电解效率，当温度高于100℃时，进一步提升温度对效率的改善并不显著，反而增加能耗以及系统耐受性问题。目前工况常用的温度是60℃或者85℃。
⑥ 浓度
存在最佳碱液浓度使电导率最高，从而使电解效率最高。工况下常用的是6-7 M KOH，或者30%的KOH。
个人观点：
总的来说，碱性电解槽的发展已经比较成熟，未来在高电解效率、高电流密度、高动态响应、高安全保障、低成本上的发展上，有可能媲美PEM质子交换膜电解槽。
而PEM电解槽核心问题的解决（单独出一期），也会逐渐抢占碱槽市场，应用于多元化的场景中。
电解水制氢问题不单单是制氢问题，除了单池和电堆的结构设计之外，还包括中游的储运，下游的应用，以及整个产业链的氢安全为保障，需要各个方向的专业人士协同努力，才能加快推动能源结构转型和实现碳中和目标。
杨福源，清华大学长聘教授，车辆与运载学院氢能与燃料电池学科责任教授，清华大学卓越工程师学院教学委员会副主任，清华大学-丰田氢能与燃料电池汽车联合研究中心主任，中国汽车工程学会理事，中国可再生能源学会可再生能源动力专委会副主任，联合国工业发展组织（UNIDO）国家氢能顾问。
