在CHEC2025第五屆世紀氫能與燃料電池大會上,國家能源集團氫能領域首席專家、國家能源集團北京低碳清潔能源研究院氫能(氨能)技術中心副主任何廣利發表了關于堿性電解水制氫技術分析與實踐主題演講。
在演講中,何廣利指出,雖然目前氫能行業發展速度不及預期,但在研發和科技領域依然熱門。十四五期間,氫能已成為國家重點研發計劃之一,后續發展前景廣闊。
堿性電解槽是當前國家能源集團北京低碳清潔能源研究院的主要研究方向之一。何廣利表示,從成本來看,堿性電解槽目前主要面臨的是降能耗問題。按現有國標來看,電密標準為0.2,過低的電密標準導致了過大的裝備體積,要降低能耗,減小裝備體積,開發高電密的堿性電解槽必不可少。
堿性電解槽技術分析
當前國內電解槽呈百花齊放的趨勢,產氫量最大為5000Nm3/h,能耗波動范圍大:3.7-4.3kWh/Nm3。
形狀上,目前有圓形和方形兩種形狀的電解槽,圓形電解槽材料利用率較低,適合制作帶壓電解槽;方形電解槽材料利用率較高,適合制作常壓電解槽。
催化劑方面,呈現多元化趨勢,催化劑使用的不同對性能的影響也很大。
在裝備大小方面,何廣利表示:結合目前市場情況,在行業發展并不快速的的情況下,從節省成本的角度,先做小的電解槽未嘗不可。
堿性電解槽技術應用實踐
在堿槽技術應用實踐方面,何廣利分析了在1200Nm3/h中氧中氫、小室電壓以及溫度的情況。
他表示,在頻繁啟停時,應用保壓工藝更加安全高效。在保壓啟動時,氧中氫先升高后很快降低,不影響后續運行。由1.8MPa降至1.55MPa保壓,氧中氫由0.75%增至0.85%,過夜保壓后壓力無明顯下降,氧中氫保持在0.85%無升高。
而停機泄壓雖然可以有效控制氧中氫快速升高的情況,但用時較長,且在啟停時1h無法產出合格氫氣,導致裝置利用小時數減少。
在小室電壓方面,何廣利表示,小室電壓與溫度差異過大意味著很多小室沒有處于最優的工作區間。
大標方的電解槽無法保證各小室電壓的一致性,會導致電費成本的增加。根據數據測算,電價0.2元/kWh,運行時間5000小時,在小室電壓差異為180mV時,全年運行電費為40萬。
在溫度差異上,根據數據測算,假設電價位0.2元/kWh,從80度到100度年電費的差異在28萬元。
堿性電解水制氫性能提升路徑
何廣利從催化劑、電極、復合隔膜以及體系四個方面講解了堿槽性能提升路徑。
從催化劑的角度,現有傳統的雷尼鎳催化劑能否支撐1.7V的電壓是需要探討的問題,如不能支撐則需要選擇更優的材料。
從電極角度,隨著電流密度的提高,局部溫度梯度增大,最終會帶來電極形式上的改變。
復合隔膜方面,目前復合隔膜在國內認知并不完善,國內廠家寧愿使用PPS隔膜也不使用薄的復合隔膜。此外,國外的技術封鎖也是阻礙復合隔膜應用的一個痛點。
體系方面,整體設計上依然有許多探索空間。
最后,何廣利總結,雖然目前氫能行業上存在困難,但從科技需求角度來看,依然有廣闊的行業前景。
(根據嘉賓現場演講整理,未經嘉賓本人審核)