高溫電解制氫的案例
耦合可再生能源高溫電解制氫動態特性研究
基于可逆電化學反應的電解技術提供了一種“波動電-燃料”的新路徑，這一路徑可以電解H2O產出H2等符合新型能源結構的綠色燃料，通過與可逆固體氧化物電池技術的結合，電網的儲能產業與電解的制氫產業極有可能互助互利，即采用可再生能源波動性電能進行電解水，使得儲能成本能夠進一步降低，同時也將間接性問題產生的大量棄電轉化為氫能，實現高效的可再生能源消納。整個過程沒有碳排放，對環境友好，實現真正的綠氫生產，具有廣闊的市場和前景。
2.Comsol設置
啟動Comsol軟件選擇二維軸對稱
選擇自由和多孔介質流動、濃物質傳遞、二次電流分布和多孔介質傳熱模塊
選擇穩態求解器
2.1幾何與網格設置
進入幾何面板，更改單位為um。
右鍵幾何，選擇矩形，設置幾何圖形的長度與寬度。
模型陰極支撐層、陰極活性層、電解液和陽極的厚度分別為760 mm、10 mm、10 mm和15 mm。本案例的計算模型如圖所示。
進入網格設置界面，選擇用戶控制網格
右鍵網格，選擇映射，在映射面板選擇區域
右鍵映射，選擇分布，在分布面板選擇邊界，并設置邊界上的節點數目。
電極上發生電化學反應，計算量大，需要采用更加密集的網格。最終網格如圖所示。
2.2自由和多孔介質流動
點擊自由和多空介質流動(fp1)，選擇燃料極所包括區域
點擊流體屬性，填寫對應的密度與粘度。（這里設置的是流道的流動）
右鍵自由和多空介質流動(fp1)，添加流體與基體屬性，選擇對應的區域，設置相應的密度，粘度，孔隙率，滲透率。
展開 全球最大電解水制氫項目亮相 化工巨頭寶豐能源 “氫”舞飛揚
據悉，國家級太陽能電解水制氫綜合示范項目包括20萬千瓦光伏發電裝置和產能為每小時2萬標方的電解水制氫裝置，為已知全球單廠規模最大、單臺產能最大的電解水制氫項目。目前，制氫綜合成本控制在每標方1.34元。
下一步，企業將拿出全部的折舊資金和部分利潤資金，通過科技創新提高轉化率，降低生產成本，使發電成本可控制在0.068元/度，綠氫成本可控制在0.7元/標方，打造行業成本最優曲線，開辟了一條技術、經濟可行的科學實現碳中和路徑，示范引領行業低碳轉型，為國家“碳中和”做貢獻。
據悉，寶豐能源計劃用10年完成50%碳減排，20年實現企業 “碳中和”，力爭成為行業率先實現碳中和的企業， 著力打造世界一流的科技型綠色制造企業。
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展開 氫氣傳感器在電解水制氫出口氧中氫含量檢測中的應用
氫作為一種清潔、高效的二次能源，在現代能源體系中扮演著越來越重要的角色。電解水制氫作為一種低碳、零排放的制氫方法，利用可再生能源產生的“綠電”和純水作為原料，被寄予厚望成為未來綠氫的主要來源。然而，盡管其前景廣闊，目前綠氫在氫氣生產總量中的占比仍然較低，受限于高昂的生產成本，特別是電價和制氫裝備成本。
電解水制氫的基本原理是在直流電的作用下將水分子解離為氫氣和氧氣。根據電解槽隔膜材料的不同，電解水制氫技術可分為堿性電解（AWE）、質子交換膜（PEM）電解和固體氧化物（SOEC）電解三種。每種技術都有其獨特的優勢和局限性。例如，PEM電解水制氫技術具有較高的安全性和效率，但成本較高；堿性電解水制氫技術則因其結構簡單、技術成熟、成本低廉而廣受歡迎，但效率和性能相對較低，且存在環境污染風險；而固體氧化物電解水制氫技術則具有更高的電化學性能和效率，但其高溫工作條件和啟動慢的劣勢限制了其應用場景。
無論采用哪種制氫方法，生產出的氫氣都需要達到一定的純度標準才能投入使用。電解水制氫產生的氫氣純度通常較高，可達99.9%以上。然而，在電解過程中，由于各種因素的影響，如電解槽缺陷、電極質量不均勻或操作條件不合適等，可能會導致產生的氧氣中混入微量氫氣。如果氫氣和氧氣的混合比率超過一定限度，就可能引發安全事故。
因此，在電解水制氫過程中，對氧氣中微量氫氣的實時監測至關重要。這就需要使用氫氣傳感器來檢測氫氣純度，確保氫氣質量達標。氫氣傳感器是一種能夠檢測氣體中氫氣濃度的儀表，具有靈敏度高、響應速度快、測量準確等優點。
在電解水制氫出口氧中氫含量的檢測中，常用的氫氣傳感器有熱導式氣體傳感器、半導體氫氣傳感器、電化學氫氣傳感器、催化燃氣氫氣傳感器等。
熱導式氣體傳感器的工作原理是通過測量微型機械加熱元件的溫度提升來確定氣體組分。
展開 碳中和|電解海水制氫的機遇
以下介紹幾種不同的制氫方法：
① 太陽能熱化學制氫
。太陽能熱化學反應循環制氫，又稱間接熱解水制氫。與直接熱解法制氫相比，間接法克服了溫度過高這一難題（其反應溫度僅為900～1200K），對設備材料的依賴性大幅度減小，安全性大幅提高。如果太陽能直接對水進行熱分解，H2和O2兩種氣體分離較為困難，同時該反應是可逆反應，高溫下氫與氧可能會重新結合生成水，甚至可能發生爆炸。而間接熱解水制氫反應過程中H2和O2可以自行分離，很好地解決了這一技術難題。
雖然該方法溫室氣體排放量較少，但目前建設成本較高，技術不夠成熟，需要進一步完善，無法大規模滿足市場要求。
② 化石能源制氫
。當下工業大規模制氫主要仍為化石燃料制氫，全球的氫氣中大概有92%采用煤和天然氣來制備，作為主要的氫氣生產方式，化石燃料制氫具有技術成熟、原料成本低、裝置規模大等優勢。其中，煤制氫和天然氣制氫是最主要的制氫方式。
煤氣化制氫技術被工業大規模制氫流程采用，其具體工藝過程有將煤炭在高溫條件下氣化生成水煤氣、CO與水蒸氣經變換轉變為H2和CO2、脫除酸性氣體（如CO2和SO2）、氫氣提純等工藝環節，由此可以得到不同純度的氫氣。煤制氫技術現已大規模應用于工業生產，因其低成本和高技術成熟度而飽受青睞。
展開 
電解水制氫、氫氣發電的能量轉移邏輯
1.2、PEM水電解制氫
區別于堿性水電解制氫，PEM水電解制氫選用具有良好化學穩定性、質子傳導性、氣體分離性的全氟磺酸質子交換膜作為固體電解質替代石棉膜，能有效阻止電子傳遞，提高電解槽安全性。
PEM水電解槽主要部件由內到外依次是質子交換膜、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端板等。其中擴散層、催化層與質子交換膜組成膜電極，是整個水電解槽物料傳輸以及電化學反應的主場所，膜電極特性與結構直接影響PEM水電解槽的性能和壽命。
與堿性水電解制氫相比，PEM水電解制氫工作電流密度更高（?1 A/cm2），總體效率更高（74%~87%），氫氣體積分數更高（>99.99%），產氣壓力更高（3~4 MPa），動態響應速度更快，能適應可再生能源發電的波動性，被認為是極具發展前景的水電解制氫技術。目前PEM水電解制氫技術已在加氫站現場制氫、風電等可再生能源電解水制氫、儲能等領域得到示范應用并逐步推廣。
過去5年電解槽成本已下降了40%，但是投資和運行成本高仍然是PEM水電解制氫亟待解決的主要問題，這與目前析氧、析氫電催化劑只能選用貴金屬材料密切相關。為此降低催化劑與電解槽的材料成本，特別是陰、陽極電催化劑的貴金屬載量，提高電解槽的效率和壽命，是PEM水電解制氫技術發展的研究重點。
1.3、高溫固體氧化物水電解制氫
不同于堿性水電解和PEM水電解，高溫固體氧化物水電解制氫采用固體氧化物為電解質材料，工作溫度800~1 000℃，制氫過程電化學性能顯著提升，效率更高。
展開 天津大學《AFM》：為海水電解大規模制氫提供新視角！
為了電解制氫，人們投入了大量的精力來開發電解槽，如液-電解堿電解、高溫固體氧化物電解、質子交換膜電解和陰離子交換膜電解。然而，淡水短缺可能成為淡水電解工業化應用的瓶頸。堿性條件下的海水電解為大規模可持續的高純度氫氣生產提供了一種替代傳統淡水電解的有吸引力的選擇。然而，缺乏活性強的電催化劑嚴重阻礙了該技術的工業化應用。
來自天津大學的學者報道了電化學脫合金法制備的碳摻雜納米孔磷化鈷(C-Co2P)作為析氫反應(HER)的電催化劑。在電流密度為10 mA cm?2(1M KOH)時，C-Co2P的過電位為30 mV，在含有氯化鈉、氯化鎂和氯化鈣混合氯化物的人工堿性海水電解液中具有令人印象深刻的催化活性和大電流密度下的穩定性。實驗分析和密度泛函理論計算表明，具有較強電負性和較小原子半徑的C原子可以調整Co2P的電子結構，導致Co-H鍵減弱，從而促進其動力學。此外，C摻雜通過形成C-Had中間體引入了兩步氫傳遞途徑，從而降低了水的離解能壘。本文的研究為海水電解大規模制氫的發展提供了一個新的視角。
展開 氫能全產業鏈解析之制氫篇：PEM電解水
綠氫是通過可再生能源發電，再通過電解水獲取氫氣。電解水制氫是在直流電的作用下，通過電化學過程將水分子分解為氫氣和氧氣，分別在陰、陽極析出。而電解水制氫目前主要有三種技術路線，即堿性電解（AWE），質子交換膜（PEM）電解以及固體氧化物（SOEC）三種技術路線。電解水制氫三種技術路線對比在以上三種技術路線中，PEM電解水制氫的效率較高，并且適用于可再能能源發電時的波動性，是當下主流也是比較有前景的電解水制氫技術，下面我們就來看一下PEM電解水制氫的技術原理。PEM電解水制氫原理與堿性電解池相比，PEM電解池用質子交換膜代替了石棉膜，傳導質子，并隔絕電極兩側的氣體，避免了堿性電解液所帶來的缺點。同時，PEM電解池的體積更為緊湊，結構方面零間隙，極大降低了電解池的歐姆內阻，提升了整體性能。PEM電解池的結構典型的PEM電解池主要由陽極端板、陰極端板、陰陽極擴散層、陰陽極催化層以及質子交換膜組成。其中，端板的作用是固定電解池組件，并引導電流傳遞，分配水、氣，擴散層起集流，促進氣液傳遞等作用，催化層的核心是由催化劑、電子傳導介質、質子傳導介質組成的三相界面，是電化學反應的核心場所。質子交換膜一般使用全氟磺酸膜，傳遞質子，隔絕開陰陽極生成的氣體，并阻止電子的傳遞。PEM電解水技術的優點與堿性電解水相比，PEM電解水的優勢主要在于：1.由于采用的是質子交換膜固體電解質，產生的氣體無需進行脫堿處理；2.效率高于堿性電解池；3.啟停快，響應性好4.能適應可再能能源發電時的波動性。PEM電解水技術的缺點目前PEM電解水技術的缺點在于成本較高，主要是由于催化劑用到貴金屬鉑，成本一時難以降低，這一點與燃料電池面臨的問題是一樣的，如何降低催化劑的鉑載量或尋找新的低成本的替代材料，也是當前要研究并攻克的關鍵技術問題。
展開 Angew：青科大劉希恩團隊在電解水制氫領域取得新進展
導讀
近日，青島科技大學化工學院劉希恩教授團隊在電解水制氫領域取得新進展。相關研究成果以“Boosting Hydrogen Evolution Reaction byPhase Engineering andPhosphorus Doping on Ru/P-TiO2”為題，發表在Angew. Chem. Int. Ed.上。
可再生能源電力電解水制氫是最具發展前景的綠色可持續制氫技術。目前，堿性介質電解水制氫相較于酸性介質電解水制氫而言，技術相對成熟，應用更為廣泛。然而，在堿性介質中，首先需要發生水的解離產生質子，這使得HER在堿性介質中的動力學比酸性介質中低2~3個數量級。同時，根據Sabatier規則，高性能HER電催化劑應具有合適的氫吸附自由能。因此，協同優化堿性HER的水解離和氫脫附基元步驟至關重要但極具挑戰性。
本文設計制備了一種痕量磷摻雜的富氧缺陷二氧化鈦負載Ru團簇復合材料—Ru/P-TiO2。該材料在堿性介質中展現出類似于商業Pt/C的幾何活性，且質量活度比Pt/C提升了34.3倍。實驗結合理論計算研究表明，金紅石相TiO2基底相較于銳鈦礦相TiO2基底更有利于增強HER活性。金紅石TiO2表面豐富的氧空位有利于促進水的吸附和解離，而摻雜的P以P5+形式存在，取代部分Ti4+，有利于促使吸附氫從表面Ru位點溢流到表面P位點從而促進H2的形成。由此可見，相工程和磷摻雜協同提升了堿性HER活性。
該工作得到了山東省泰山學者人才工程、國家自然科學基金、山東省優秀青年基金等的資助。博士生周士正、Haeseong Jang、秦清教授為論文共同第一作者；劉希恩教授、秦清教授、劉尚果副教授、Prof. Cho為論文的共同通訊作者。青島科技大學為第一通訊單位。
展開 可再生能源電解水制氫儲能應用前景廣闊
表1 三種典型電解制氫技術對比
由表1可以看出:堿性電解槽技術相對比較成熟，可以應用于大規模制氫，且工藝簡單，成本低，但其難以快速啟動及適應變載，無法快速調節制氫速率，與可再生能源發電適配性較差。
質子交換膜電解槽負荷范圍寬，運行更加靈活，更適用于平抑可再生能源并網的波動性，且冷啟動時間相較于堿性電解水制氫技術快一倍以上，適用于交通、航空等需要快速啟動的領域，但當前技術還未實現大的突破，難以實現大規模商業化制氫。
固體氧化物電解制氫技術應用相較前者少的多，距離規模化制氫應用尚需相關材料和催化劑技術進一步攻關，但其能耗低、能量轉換效率高的優點將使其在未來成為主流可再生能源規模化制氫技術，因此我國應提前布局新興電解槽技術，攻關固體氧化物電解制氫技術難點。
在我國氫能市場中，堿性電解水制氫技術占據著主導地位，被更加廣泛地應用于各大型電解水制氫項目中。
近年來，因質子交換膜電解槽運行更加靈活且負載范圍寬的特性，國內新建項目逐步轉為采用質子交換膜技術耦合可再生能源發電進行規模化制氫，因此，開發新型電解槽技術，進一步提高電解水制氫效率和穩定性。
電解水制氫工藝近年來發展迅猛，不斷突破技術瓶頸，并有大批規模化電解制氫項目落地，為可再生能源電解制氫技術提供了實踐支撐。目前國內可再生能源電解制氫以堿性電解水制氫技術為主，國外質子交換膜電解制氫技術應用實例較多。
加拿大20MW項目作為全球最大的質子交換膜電解水制氫項目可實現日產氫8640kg，該項目所采用的即為5MW質子交換膜電解水制氫設備。
展開 學術干貨 | 解讀電解水制氫中的非貴金屬催化劑
例如，研究人員在鎳銅合金納米顆粒表面包覆厚度可控的純石墨碳層，形成NiCu@C核殼結構納米顆粒，并將其作為全pH范圍的析氫電催化劑。研究表明，碳殼層厚度對NiCu@C核殼結構體系的電催化析氫性能有很大的影響。由單層石墨碳包覆的NiCu納米顆粒在電催化HER中達到了最高的活性和穩定性，在pH為0，7，14的電解質溶液中達到10 mA cm-2的電流密度需要的過電位分別為48，164，74 mV。
圖7 鎳銅合金@石墨碳核殼結構用作全pH范圍的析氫電催化劑
Ansys CFD電解制氫及燃料電池解決方案【8月21日直播】
在面對能源供應和低碳排放目標的雙重壓力下，氫能作為綠色新能源產業愈發受到重視，采用可再生能源電解水制氫并作為燃料供給燃料電池，成為氫能綠色應用的典型方式。</p><p>Ansys CFD產品提供專門的電解制氫和燃料電池仿真模塊，可對質子交換膜電解水、堿性電解水、質子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池等多種氫能生產及利用過程進行仿真模擬，可根據用戶指定的設計輸入參數快速獲取高精度的三維多物理場結果，指導用戶分析產品的電化學性能、組份分布狀況并進行產品的熱管理、水管理等；同時結合Ansys ROM降階技術還可實現三維仿真結果降階為高精度數學模型，供系統級仿真模型使用。</p><p><strong>8月21日</strong>，Ansys 將推出<strong>「Ansys CFD電解制氫及燃料電池解決方案」</strong>主題網絡研討會。歡迎氫能、電解制氫、燃料電池工程師，和其他對氫能領域感興趣的仿真工程師積極報名參會。 </p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/sJ5jnYn8Sice8bWRVajNb0MQXWvHxvRPRZ1CCpp6siaw456HckfuUbv0fibSQmm5Ub6MRCM81yroQLMrZIbrukXKA/640?
展開 
中石油千方級堿性電解水制氫智能系統投運！
DT新能源
獲悉，8月25日，中國石油自主知識產權的千方級堿性電解水制氫智能系統在獨山子石化公司成功投入運行。
據悉，該電解水制氫示范項目，用于煉油加氫，可減少化石能源的消耗，減少二氧化碳等溫室氣體的排放，有助于實現碳達峰、碳中和要求。項目建設單位為中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司，制氫系統由中國石油深圳新能源研究院、獨山子石化公司、中國寰球工程公司、昆侖數智科技有限責任公司聯合研發。
根據獨山子石化公示的信息，中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司堿性電解水制氫系統工業試驗，項目總投資2646萬元，環保投資5.46萬元。
該項目建設地點在獨山子石化分公司煉油老區35KV北區變北側預留用地內，新建一套產氫規模為1000Nm3/h的采用堿性電解水工藝制氫試驗裝置（簡稱電解水制氫裝置），整體呈東西向布置，總占地面積 2400 m2，東側為 80 萬噸／年催化汽油加氫裝置、100萬噸/年蠟油加氫裝置，西側為預留用地，北側為預留用地，南側為 35KV 北區變。
裝置區分為兩期建設，裝置區一期占地面積為 1365 m2，裝置區二期預留用地占地面積為 1035 m2，本項目用地為一期占地。一期裝置區內各撬塊呈一字型布置，由西向東依次為：變壓器、電氣小屋、電解槽、制氫框架、純化框架、輔助設施撬塊、純水機撬塊，裝置管廊與東側系統管廊連接。
該項目將具有中石油自主知識產權的電解水制氫技術實現工業化，以利后續推廣應用。本項目的公用工程、輔助工程等依托獨山子石化現有設施。
本項目主要設備見下表。
來源：北極星氫能網
展開 基于Fluent軟件的PEM電解水制氫仿真分析專題培訓
課程名稱：基于Fluent軟件的PEM電解水制氫仿真分析專題培訓
預排開課日期：4/18
課程難度：進階級
培訓費：2500
備注：實際開課日期或因學員報名情況進行調整，最終日期請以笛佼科技官方確認為準。
掃碼報名
學員能力提升目標
· 了解電解水制氫的基本原理；
· 掌握Fluent PEM電解水制氫仿真分析的流程（幾何、網格及求解設置）
授課內容提綱
一、ANSYS Fluent電解水制氫模型介紹
二、基于PEM電解水制氫幾何模型準備介紹
三、基于PEM電解水制氫網格劃分技術介紹
四、基于PEM電解水制氫Fluent模型設置詳細介紹
五、基于PEM電解水制氫Fluent后處理介紹
六、Q&A
師資力量
CAE行業資深工程師團隊，學歷碩博為主，均擁有多年客戶仿真項目實操經驗，理論素養與實戰經驗雙保險。
培訓優勢
采用線下小班精講形式，理論知識+案例講解+上機輔導，附贈培訓相關資料，可獲取講師微信課后交流。
上課地址
上海市楊浦區國安路432號保輝國際大廈D座802室
其他說明
1. 培訓計算機及相關軟件操作權限由笛佼科技現場提供；
2. 培訓結束后將獲取笛佼科技官方培訓證書；
3. 培訓午餐由笛佼科技提供，交通及住宿需學員自理。
展開 核電制氫來啦！！（內附核電制氫詳解）
核能制氫具有不產生溫室氣體、以水為原料、高效率、大規模等優點，是未來氫氣大規模供應的重要解決方案。
核能制氫原理
核能制氫就是利用核反應堆產生的熱作為制氫的能源，通過選擇合適的工藝，實現高效、大規模的制氫；同時減少甚至消除溫室氣體的排放。核能制氫原理示意如圖所示。
核能制氫原理示意圖
核能到氫能的轉化途徑較多，包括以水為原料經電解、熱化學循環、高溫蒸汽電解制氫，以硫化氫為原料裂解制氫，以天然氣、煤、生物質為原料的熱解制氫等。以水原料時，整個制氫工藝過程都不產生CO?，基本可以消除溫室氣體排放；以其他原料制氫時只能減少碳排放。另外，利用核電電解水只是核能發電與傳統電解的簡單聯合，仍屬于核能發電領域，一般不視為真正意義上的核能制氫技術。因此，以水為原料、全部或部分利用核熱的熱化學循環和高溫蒸汽電解被認為是代表未來發展方向的核能制氫技術。
核能到氫能的轉化途徑
目前國際上各大發達國家都在積極的進行核能制氫項目的研究與開展，力圖早日邁入氫能經濟社會。國正在積極推動核能制氫技術的發展，并已進入商業示范階段。我國在國家科技重大專項“大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站”支持下，高溫堆制氫關鍵技術研究已取得良好進展，處于世界領先地位。在發展核氫戰略中，需要政府加大政策支持和投入保障力度，盡快落實建設60萬千瓦高溫氣冷堆核能工程；大力發展和引進核能制氫人才和研發企業，提高專業研發能力，擴大產業范圍。
展開 核能制氫—粉氫！
經過半個多世紀的發展，人們已經掌握了日益先進、不斷成熟的核能技術，成為當前人類大規模工業制氫的最佳選擇。核能制氫是將核反應堆與先進制氫工藝耦合，進行氫的大規模生產。核能制氫具有不產生溫室氣體、以水為原料、高效率、大規模等優點，是未來氫氣大規模供應的重要解決方案。
核能制氫原理
核能制氫就是利用核反應堆產生的熱作為制氫的能源，通過選擇合適的工藝，實現高效、大規模的制氫；同時減少甚至消除溫室氣體的排放。核能制氫原理示意如圖所示。
核能制氫原理示意圖
核能到氫能的轉化途徑較多，包括以水為原料經電解、熱化學循環、高溫蒸汽電解制氫，以硫化氫為原料裂解制氫，以天然氣、煤、生物質為原料的熱解制氫等。以水原料時，整個制氫工藝過程都不產生CO?，基本可以消除溫室氣體排放；以其他原料制氫時只能減少碳排放。另外，利用核電電解水只是核能發電與傳統電解的簡單聯合，仍屬于核能發電領域，一般不視為真正意義上的核能制氫技術。因此，以水為原料、全部或部分利用核熱的熱化學循環和高溫蒸汽電解被認為是代表未來發展方向的核能制氫技術。
核能到氫能的轉化途徑
瑞典公司將利用核反應堆制氫
綠色能源革命正在影響能源生產項目，核能制氫也成為國外眾多國家開始試驗的一大制氫方式。
近日，
瑞典
研究人員
開發出一種核能制氫方式，
以最大限度
減少
污染。
利用核能發電電解水制氫，會得到“粉氫”。瑞典能源研究人員正在鉆研粉氫的可持續性，因為利用核能制氫會給環境帶來放射性危害。
核能也有其顯著的優點，核能發電向大氣中排放的溫室氣體幾乎為零；此外，核能正成為化石燃料的替代品，并且核能的低成本也為人所青睞。
展開 