“星光不問趕路人，時(shí)光不負(fù)有心人”9月15號，信然大型電解水制氫用電解槽即將裝車發(fā)貨。為了讓客戶能夠如期收貨、早日投產(chǎn)，信然電解槽車間各個(gè)部門緊密配合，全力以赴備生產(chǎn)，持續(xù)不斷忙發(fā)貨。

信然注重產(chǎn)品的每一個(gè)細(xì)節(jié)，一切以質(zhì)量為前提，生產(chǎn)與質(zhì)檢部門齊配合，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)工序生產(chǎn)、檢驗(yàn)、調(diào)試、裝車，確保出廠的每一件設(shè)備都完好無損。

一輛輛滿載的貨車即將開往客戶的目的地，按時(shí)發(fā)貨是信然對客戶的重要承諾！

信然電解槽技術(shù)：電解水的原理很簡單，但可以在各種物理化學(xué)和電化學(xué)基礎(chǔ)上完成多種技術(shù)變化。電解槽通常分為四種主要技術(shù)，這幾種技術(shù)是根據(jù)電解質(zhì)和操作溫度來區(qū) 分的，反過來又可以指導(dǎo)不同材料和部件的選型。市場上可購買的各種電解電池的原理如下圖所示。每種技術(shù)又可以有多種變化， 大多數(shù)根本性差異在于電池設(shè)計(jì)、組件內(nèi)部變化和技術(shù)成熟程度。

一、信然電解槽分類：

目前有四類電解質(zhì)：堿性和質(zhì)子交換膜（PEM）已經(jīng)商業(yè)化，而陰離子交換膜 （AEM）和固體氧化物目前仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，有望能取得很大進(jìn)展。

不同類型的具備商業(yè)化前景的電解技術(shù)：

固體氧化物和陰離子交換膜（AEM）有很大的潛力，但技術(shù)還不夠成熟，只有 少數(shù)公司和原始設(shè)備制造商（OEM）參與了其制造和商業(yè)化。這些企業(yè)大多位 于歐洲。因此，水電解電池的基本原理是由被電解質(zhì)隔離的兩個(gè)電極組成。電解質(zhì)是指負(fù)責(zé)將產(chǎn)生的化學(xué)電荷（陰離子（-）或陽離子（+））從一個(gè)電極傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電極的介質(zhì)。在堿性電解槽中，負(fù)責(zé)傳輸 OH-陰離子的電解質(zhì)通常是高濃度氫氧化鉀溶液。電極和產(chǎn)生的氣體在物理上被浸入到 KOH 溶液的多孔無機(jī)隔膜 （也稱為分隔膜）分開。在 PEM、AEM和固體氧化物電解槽中，電極被電子絕緣性固體電解質(zhì)分開，該電解質(zhì)負(fù)責(zé)將離子從一個(gè)電極傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電極，同時(shí)也對產(chǎn)生的氣體進(jìn)行物理隔離。因?yàn)殡x子傳輸發(fā)生在 PEM、AEM或固體氧化物的組件內(nèi)部，所以不需要添加液體電解質(zhì)溶液進(jìn)行傳輸。下表總結(jié)了四類電解槽的運(yùn)行條件和最重要的組件。著色單元格內(nèi)的條件或成分因制造商或研發(fā)機(jī)構(gòu)不同而有顯著差異。同時(shí)也表明技術(shù)不太成熟，尤其是 AEM 和固體氧化物類型。

各類電解槽的槽體以及系統(tǒng)部分 

1.信然堿性電解槽：

1.1  槽體結(jié)構(gòu)原理：堿性電解槽電堆和系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，制造相對容易。目前，單體電極面積較大可達(dá)3平方米（m2）。這類電解槽使用高濃縮 KOH（通常為每升溶液 57 摩爾溶質(zhì)[mol*L-1]）作為電解質(zhì)，采用堅(jiān)固的 ZrO2 基隔膜，以及電極使用鍍鎳（Ni）不銹鋼。電荷載體為羥基離子 OH-，KOH 和水可透過隔膜的多孔結(jié)構(gòu)， 觸發(fā)電化學(xué)反應(yīng)。所生成的氣體（氫和氧-H2 和 O2）混合溶于電解質(zhì)，限制了較低的功率運(yùn)行范圍和較高壓力水平下的運(yùn)行能力。為打破相關(guān)限制，可使用更厚（0.252毫米[mm]）的隔膜，但這會增加電阻和降低效率。一些制造商有時(shí)會在電極和隔膜之間安裝墊片，進(jìn)一步避免氣體混合。這些厚隔膜和新增加的墊片在兩個(gè)電極上形成了高歐姆電阻，導(dǎo)致給定電壓下電流密度大幅降低。當(dāng)前的設(shè)計(jì)，采用零間隙電極、更薄的墊片和不同的電催化劑等方案增加電流密度，縮小了與 PEM技術(shù)的性能差距。另堿性電解槽的設(shè)計(jì)經(jīng)典和穩(wěn)定，運(yùn)行非常穩(wěn)定，使用壽命在30年以上。1.2  信然堿性電解槽系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖

信然質(zhì)子交換膜（PEM）電解槽：

2.1  PEM槽體結(jié)構(gòu)原理該類電解槽采用 PFSA 薄膜（0.2 mm）和效率更高的結(jié)構(gòu)電極（即電阻更低）。全氟磺酸（PFSA）膜在化學(xué)和機(jī)械方面也很穩(wěn)定，可以承受高壓力差。因此，PEM 電池可以實(shí)現(xiàn)氧氣側(cè)在正常大氣壓力下工作，而另外一側(cè)給與高達(dá) 70bar 的氣壓差。PFSA 膜提供的酸性環(huán)境，加上陽極側(cè)的高電壓和氧氣釋放形成了惡劣的氧化環(huán) 境，需要使用能夠耐受這些條件的材料。目前，有必要采用鈦基材料、貴金屬催化劑和保護(hù)鍍層，不僅是為了給電池組件提供長期的穩(wěn)定性，而且是為了提供更好的電導(dǎo)率和電池效率。這些要求使 PEM 堆的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于堿性電解槽。雖然 PEM 采用了一種最緊湊和最簡單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但對鐵、銅、鉻和鈉等水 質(zhì)非常敏感，導(dǎo)致受到腐蝕。目前，單電極面積正迅速接近2000平方厘米（cm 2），但距離達(dá)到未來使用單體大型兆瓦級電堆設(shè)備仍然很遠(yuǎn)。最重要的一點(diǎn)是，大規(guī)模兆瓦級 PEM 電堆的安全性和使用壽命特性仍有待驗(yàn)證。不同技術(shù)面臨不同的挑戰(zhàn)，從稀有材料到性能、耐用性和成熟度都有不同的挑戰(zhàn)；沒有一種技術(shù)能適用于所有應(yīng)用，這就為技術(shù)競爭和創(chuàng)新打開了大門， 而推動成本下降。2.2  信然PEM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

3.信然固體氧化物電解槽（SOEC）：3.1  SOEC槽體原理：這類電解槽在高溫（700-850℃）下工作。優(yōu)點(diǎn)是有利的動力學(xué)條件，使用相對便宜的鎳電極成為可能；減少了電力需求，部分用于分解水的能量可通過熱能獲得（可以利用余熱，基于電力計(jì)量的表觀效率可以高于 100%）；可逆性潛力（作為燃料電池和電解槽工作），二氧化碳和水同步電解生成合成氣。缺點(diǎn)是：熱化學(xué)循環(huán)會加快劣化和縮短使用壽命，特別是在停機(jī)/啟動期間。導(dǎo)致電堆性能下降的其他問題還包括：高氣壓差下的密封難題；使用二氧化硅作為密封劑造成電極污染；以及其他來自管道、連接件和密封的污染源。目前 SOEC部署限于kW級別， 也有一些示范項(xiàng)目已經(jīng)達(dá)到1 MW。3.2  信然SOEC系統(tǒng)原理：

4.信然陰離子交換膜（AEM）：4.1  AEM槽體結(jié)構(gòu)原理

這是一項(xiàng)新的技術(shù)，目前只有少數(shù)幾家公司正在進(jìn)行商業(yè)化推廣，且落地項(xiàng)目很少。AEM 的潛力在于避免了堿性電解槽的惡劣堿性運(yùn)行環(huán)境，并與 PEM 電解槽的簡單高效特性相結(jié)合。這類電解槽可以使用非貴金屬催化劑、不含鈦組件，同 PEM 一樣可在差壓下工作。事實(shí)上 AEM 膜存在化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性問題，導(dǎo)致電解槽使用壽命不穩(wěn)定。另由于 AEM 電導(dǎo)率低、電極結(jié)構(gòu)差、催化劑動力學(xué)緩慢等原因，所以性能也不如預(yù)期的理想。一般電解質(zhì)性能可通過調(diào)整 AEM 膜的電導(dǎo)率性能或增加支持電解質(zhì)（如 KOH 或碳酸氫鈉[NaHCO3]）方法得到提高。然而，如此調(diào)整可能會降低電解槽的耐用性。本質(zhì)上，OH-離子比 PEM內(nèi)部的 H+質(zhì)子慢三倍（電導(dǎo)率低）， 因此 AEM 開發(fā)商需要制造出更薄的或具有更高電荷密度的 AEM 電解質(zhì)膜。

4.2  信然AEM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

關(guān)于中國氫能集團(tuán)股份公司：

中國氫能集團(tuán)股份公司是一家專注于綠色清潔能源領(lǐng)域研究性公司，在北京、上海、江蘇設(shè)有生產(chǎn)和研發(fā)基地，生產(chǎn)信然牌氫能源設(shè)備。公司一直秉承創(chuàng)新為本、人才為先的理念，專注于高端制氫設(shè)備研發(fā)和氫能綜合解決方案。電解槽、氫氣壓縮機(jī)、氫燃料電池?zé)纛I(lǐng)域的研究。中國氫能集團(tuán)股份有限公司對堿性槽和PEM制氫技術(shù)的理解和掌握都處于企業(yè)，目前已自主研發(fā)生產(chǎn)出單體1300Nm3/h堿性高度集成制氫設(shè)備，設(shè)備電流密度是同行的2~3倍，同等功率下設(shè)備體積是同行的四分之一、從5%~110%動態(tài)響應(yīng)時(shí)間在10秒以內(nèi)；并具備800-1500Nm3/h PEM制氫設(shè)備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力。截止目前已為國內(nèi)外多家客戶提供了不同規(guī)格型號的堿性電解制氫和PEM制氫設(shè)備。

中國氫能集團(tuán)股份有限公司下設(shè)：上海信然壓縮機(jī)有限公司、信然亞太控股（北京）有限公司、信爾勝機(jī)械（江蘇）有限公司等。提供完善的整體氫氣能源解決方案，制氫、壓縮氫、儲氫、運(yùn)氫、使用氫等整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)商。

關(guān)鍵詞：電解槽、電解槽制氫、電解水制氫設(shè)備、電解水制氫電解槽