七一八研究所薛賀來：“水電解制氫前景光明、困難不少，我們還需努力！”
來源： 氫能觀察 2020-10-29
10月13日，2020氫能產業發展大會在河北定州隆重召開，中國船舶集團有限公司第七一八研究所制氫工程部副總工、研究員薛賀來就《水電解制氫的現狀和發展方向》進行了主題演講，分享了以水電解制氫為立所之本的七一八研究所近年來研究成果及他個人對氫能未來發展趨勢的見解。
國內制氫現狀
薛賀來首先提到，目前，制氫主要通過化石燃料制氫、水電解制氫、化工過程副產氫氣等幾種方法。但以化石燃料為主要的制氫和副產氣提純氫的方法還都要依托于化學燃料，依托于一次能源，在制取過程當中要排出碳、氮、硫，對環境有污染。而副產氫則存在雜質多問題，未被提純的微量元素，面對主要應用市場的交通領域，存在傷害燃料電池的問題。
薛賀來介紹，上世紀60年代，七一八研究所開始攻關水電解制氫，直到1985年之前還都是引進蘇聯的技術，相對來說，國內制氫技術起步晚，跟國際上還是有一定的差距，尤其在電流密度以及電耗上有一定差距，水電解制氫的特點就是氫氣產量小、氣體純度高、雜質少、電解能耗高。雖然制氫工藝已極大改進，但是相對其他制氫方法還是一個“電老虎”，如何降低水電解成本，提高效率，降低能耗仍是需要加大力度研究的課題，需要國內相關領域從業者共同努力。
關鍵部件急需國產化
薛賀來著重指出，目前，在水電解技術市場主要應用的是以25%到30%的氫氧化鉀進行電解，每個小時單排放制氫1500度的堿性水電解，還有就是純水電解制氫，但該技術剛在市場興起，還是存在產氫量不大的問題。
PEM制氫（質子交換膜電解水制氫）的優勢，是氫氣純度非常高，不需要任何存放直接可以進入燃料電池，目前從電耗上，PEM電解槽沒有什么優勢，成本方面，PEM電解槽是堿性槽體的多倍。同時，質子交換膜是PEM水電解制氫的關鍵部件，現國內已有企業研制質子交換膜，并在復合質子交換膜工程化方面取得了巨大的成就，但是與國外質子交換膜存在一定的差距，一是國內企業產品尚未得到大規模工業化使用的驗證；二是是出貨量還不夠高。
為滿足可再生能源高效制氫需求，國內重點研究PEM電解槽的結構設計及其模塊化系統集成技術，大面積膜電極、集電器等關鍵組件的制備工藝較成熟，正在開展MW級PEM制氫設備設計及制造。
水電解制氫的發展方向
在水電解制氫發展方向上，薛賀來分析，隨著PEM水電解制氫設備成本的降低，純水電解設備在未來耦合可再生能源具有顯著優勢。電極、隔膜、新材料極框的技術進步是進一步降低氫氣生產能耗、減小設備體積重量，降低制氫設備生產成本的重要途徑。未來幾年，質子交換膜的厚度將從200微米減薄，膜電阻減小，在較高電流密度運行下，降低小室電壓，提高系統效率；雙極板厚度減少是必然的趨勢，通過鍛造薄金屬板而不是破壞性銑削或者刻蝕較厚的基礎材料；在電解槽方面，將實現膜電極組件、電解槽體組裝的規模化、自動化生產，而降低電極鉑基及其他貴金屬負載量，降低電極成本。
目前，國內外開始朝著利用太陽能生產氫氣和生物質制氫兩條路線邁進，其中對太陽能發電和電解水組合制氫系統的研究主要集中在熱化學法制氫、光電化學分解法制氫、光催化法制氫、人工光合作用制氫，以上幾種太陽能制氫均需使用光催化劑，能量轉換效率低，尚處于研發階段。而生物質制氫的是將生物質原料壓縮成型，在汽化爐中進行氣化或裂解反應可制得富氫燃料氣，生物制氫技術尚未完全成熟，在大規模應用之前需深入研究。
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