郑州中心碱水电解制氢技术
新质生产力
电解水制氢技术,是在含有电解质的水溶液中通入直流电将溶剂水分子分解,并分别在阴极和阳极释放出氢气和氧气,电解质不参与反应仍然留在水中。根据电解质类型不同,已商业化的技术可分为液体碱性水电解技术和质子交换膜电解水技术。液体碱性水电解是商业上最成熟的技术,单槽制氢规模达千立方/小时,已实现>10 年稳定运行,设备制造成本较低,价格适中。目前的工业碱性电解水设备仍采用低活性的镍、不锈钢等电极材料,催化分解水反应速度较慢,析氢/析氧反应过电位较高,所以单位制氢直流能耗通常稍高。文献及专利中虽报道了许多能够应用于碱性环境电解水、催化性能优异的催化剂,但这些材料多为粉体,尚没有或难以实现良好的固载及电极成型;也未考虑实际电解设备结构及工况条件,仍停留在实验室基础研究阶段。中国科学院大连化学物理研究所李灿院士团队基于多年以来在相关领域的研究积累,有针对性的开发出了适用于工业应用标准的新型高活性碱性电解水电极催化剂,完成催化材料的有效固载、电极成型及放大生产,装配于商品化电解槽中,实现了单槽千立方/小时以上规模制氢生产,将工业大规模电解水制氢设备的能量利用效率从常规 50~75%的基础上实现了大幅度的提升,能量转化效率超过 82%,完成长时间稳定工况条件下的电解水制氢运行。发展出目前国际上最优性能的碱性电解水制氢技术(在兰州新区液态阳光工业化示范项目的验收鉴定为国际领先的技术),与当前工业最优技术对比,有望节省 30%固定资产投资,并将直接制氢成本降低 10%以上,具有良好的发展和应用前景。基于前期较好的基础研究和工程化经验,可预期在未来的两年,通过进一步优化和改进电极催化技术,并辅以适配性更优的电解槽组件及先进隔膜技术,在维持当前较高的能量转化效率时,极大地提高设备工作电流密度来提升设备制氢能力,实现单槽 1500-2000 Nm 3 H 2 /hr 制氢规模,进而真正将“大规模”“低能耗”“高稳定性”三者在工业生产中统一起来,降低固定投资和制氢用氢成本,保证经济性。
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赵欣欣
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