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按照電解質(zhì)性質(zhì)的不同，電解水制氫技術主要分為三種：堿液、質(zhì)子交換膜（Proton Exchange Membrane, PEM）和固體氧化物水電解技術。固體氧化物電解技術因其工作溫度過高，限制了電解材料的選擇、密封和運行控制，為此始終無法得到應用和推廣。除了固體氧化物電解技術，另外兩種電解技術都在一定程度上被應用到各個行業(yè)中，尤其是堿液電解技術，作為歷史zui久、技術zui成熟、成本zui低的電解水制氫技術，目前使用也。PEM水電解槽能在高電流密度下工作，體積小，效率高，生成的氫氣純度可高達99.999%，被認為是zui有發(fā)展前景的水電解技術。
近段時間，國內(nèi)市場上PEM制氫機的發(fā)展勢頭漸強，國內(nèi)很多商家大力宣傳國產(chǎn)的PEM制氫機，使很多用戶誤以為PEM水電解技術已經(jīng)*成熟，鑒于此種情況，我們認為有必要進行一下澄清，以免用戶在選擇制氫機的時候產(chǎn)生盲目性。下面，我們從各個方面對堿液氫氣發(fā)生器和質(zhì)子交換膜純水氫氣發(fā)生器進行了分析和對比。
1. 堿液制氫機售價便宜，PEM制氫機售價是國外制氫機兩倍
堿液電解技術發(fā)展到現(xiàn)階段已經(jīng)非常成熟，早期堿液電解槽普遍使用了石棉膜作為隔膜，隨著石棉的致癌性被發(fā)現(xiàn)歐美等先進國家先后棄用了石棉膜，開始使用更為環(huán)保的離子膜。 堿液電解槽的槽體結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，制造材料也便宜易得，因此整體的造價相對便宜，價格比較容易被制氫機用戶接受。
質(zhì)子交換膜電解技術的核心是質(zhì)子交換膜，質(zhì)子交換膜應具備優(yōu)異的化學、熱力學穩(wěn)定性和良好的質(zhì)子傳導性，同時，膜表面與催化劑的適配性要好，便于有效阻止氣體的擴散，阻隔氫氣和氧氣接觸。目前，使用的是杜邦公司的Nafion膜，Nafion膜具有很多優(yōu)點，但是價格昂貴，提升了PEM水電解技術的成本。在PEM電極結(jié)構(gòu)中，受限于電解液的強酸性，要求電極材料必須有耐蝕性和穩(wěn)定性，作為催化劑的金屬幾乎*限制在貴金屬及其合金上，目前廣泛使用的析氫催化劑為鉑系金屬及其合金。盡管近年來研究者使用涂覆法在多孔電極上涂覆鉑金屬催化劑薄層以提高催化劑活性表面積并降低鉑金屬使用量，已經(jīng)大大降低了成本，但受限于Nafion膜與鉑金屬催化劑的昂貴，質(zhì)子交換膜氫氣發(fā)生器造價仍然遠遠高于堿液氫氣發(fā)生器。目前，在產(chǎn)氣量同等的基礎上，一臺質(zhì)子交換膜氫氣發(fā)生器的售價約為堿液氫氣發(fā)生器的兩倍。
2. 堿液氫氣發(fā)生器技術成熟，質(zhì)子膜氫氣發(fā)生器仍在實驗室研究階段
堿液氫氣發(fā)生器的技術已經(jīng)非常成熟，這是目前水電解制氫行業(yè)*的事實，并且數(shù)十年來，堿液氫氣發(fā)生器在各行各業(yè)都有著非常多的應用實例。PEM氫氣發(fā)生器是近幾年來人們在不斷降低制造成本的情況下終于有了商業(yè)應用實例，但由于制造材料的昂貴與技術上的限制，使其始終沒有得到廣泛應用。現(xiàn)在商業(yè)出售的PEM水電解制氫機產(chǎn)氣量大約在1-10m3/h（采用多臺并聯(lián)的方式），壓力為0-3Mpa，單臺電解槽zui大不過2NM3/H，不管是從產(chǎn)氣量還是氫氣輸送壓力上來說，PEM制氫機都不能比肩堿液制氫機。更大規(guī)模的商用PEM水電解制氫機目前只有少數(shù)幾個研究單位有樣機。
在實際應用方面只有加拿大氫能Hydrogenics公司在德國E.ON公司項目及丹麥的Hobro項目，單臺PEM電解槽可達200Nm3/hr
3. 堿液制氫機電解槽使用壽命8-15年，PEM制氫機2年以上。
由于PEM制氫機在技術和制造工藝上的不成熟，運行時電流波動較大，在電解槽中進行的電化學反應過程中會產(chǎn)生更多的雜質(zhì)，雜質(zhì)的存在使貴金屬催化劑活性降低，降低了電解效率的同時縮短了電解槽的壽命。目前階段PEM電解槽的壽命一般為2年以上，而技術相對成熟的堿液電解槽的壽命為8-15年。
4. PEM對水質(zhì)的要求更為苛刻
PEM電解槽和堿液電解槽都需要對自來水進行去離子化后才能使用，現(xiàn)在市場上的PEM制氫機對純水的要求是電阻率達到1MΩ.cm，而用戶比較熟悉的堿液制氫機對純水的要求是電阻率一般達到0.2 MΩ.cm即可，由此可見PEM制氫機對水質(zhì)的要求略為苛刻一些。
綜上所述，我們認為，PEM水電解技術作為目前的水電解制氫技術，由于受到制造材料昂貴與技術不成熟的限制，在現(xiàn)階段還無法得到大范圍的推廣和應用。目前對于用戶來說，比較好的選擇是技術相對成熟的堿液氫氣發(fā)生器。但是，PEM制氫機畢竟是水電解技術的發(fā)展趨勢，我們對PEM水電解技術的未來充滿期待。
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