如果硬要把吸氫機(jī)分類，按照電解方式可以分為：堿性電解吸氫機(jī)、純水電解吸氫機(jī)和蒸汽電解吸氫機(jī)。日本吸氫機(jī)Suisonia就是蒸汽電解SEOC制氫的。

Suisonia采用比較前沿的SOEC電解水原理制氫，目前國(guó)內(nèi)比較普遍的制氫方式是堿性電解槽和PEM電解槽制氫（純水），那么三種制氫方式有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢？

 

 

堿性電解槽

■ 堿性電解槽Alkaline electrolyzer

優(yōu)勢(shì)：成本低、高耐受性、高制氫能力

1.材料成本低：堿性電解槽使用廉價(jià)且容易獲得的材料，如氫氧化鉀，這降低了發(fā)電機(jī)的總體成本。

2.對(duì)雜質(zhì)的高耐受性：堿性電解槽即使在原料中存在雜質(zhì)（如硫和二氧化碳）的情況下也能有效運(yùn)行。

3.高制氫能力：堿性電解槽可產(chǎn)生大量氫氣，使其適合工業(yè)應(yīng)用。

缺點(diǎn)：效率低、高腐蝕、工作溫度限制

1.效率低：與其他類型的氫氣發(fā)生器（如PEM電解槽）相比，堿性電解槽的效率較低。

2.高腐蝕：堿性電解槽中使用的堿性溶液會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)部件腐蝕，導(dǎo)致壽命縮短和維護(hù)成本增加。

3.工作溫度范圍有限：堿性電解槽的工作溫度范圍很有限，這會(huì)影響其在極端溫度下的性能。

 

 

PEM電解槽

■ PEM電解槽PEM electrolyzer

優(yōu)勢(shì)：高效率、快響應(yīng)、小尺寸、工作溫度低

1.高效率：PEM電解槽的效率很高，通常在70-80%之間。這意味著與其他電解技術(shù)相比，它們可以以更低的成本生產(chǎn)氫氣。

2.快速響應(yīng)時(shí)間：PEM電解槽具有快速響應(yīng)時(shí)間，使其能夠快速適應(yīng)氫氣需求的變化。這使得它們適合在需要快速制氫的應(yīng)用中使用，例如在燃料電池車輛中。

3.尺寸緊湊：PEM電解槽相對(duì)較小且緊湊，適合在密閉空間或空間較高的地方使用。

4.工作溫度低：與其他電解技術(shù)相比，PEM電解槽的工作溫度相對(duì)較低，通常在80-100°C之間。這意味著它們需要更少的能量來(lái)維持其操作溫度，從而降低了操作成本。

缺點(diǎn)：高成本、制氫能力有限，對(duì)鉑的依賴

1.高成本：PEM電解槽的購(gòu)買和安裝成本很高，因此不太適合成本高的應(yīng)用。

2.制氫能力有限：PEM電解槽的制氫能力有限，不適合大規(guī)模制氫應(yīng)用。

3.對(duì)鉑的依賴：PEM電解槽需要鉑基催化劑才能發(fā)揮作用，這可能很昂貴，并且會(huì)導(dǎo)致效率隨時(shí)間的推移而降低。

 

 

Suisonia高溫蒸汽吸氫機(jī)

Suisonia聲稱它是世界上唯一的“活性氫”（active hydrogen）吸入器，由他們的原始技術(shù)“過(guò)熱蒸汽還原”產(chǎn)生。這會(huì)產(chǎn)生含有活性氫的蒸汽，稱為“H(H?O)m”。

集合Suisonia官網(wǎng)的相關(guān)信息，他們聲稱的“過(guò)熱蒸汽還原”產(chǎn)生氫氣，其實(shí)就是固體氧化物SOEC制氫。

 

 

固體氧化物SOEC電解槽

■ 固體氧化物SOEC electrolyzer

優(yōu)勢(shì)：極高效率、原料適應(yīng)性廣、應(yīng)用廣泛

1. 極高效率：由于在較高的操作溫度下有利的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)，它具有較高的轉(zhuǎn)化效率。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，AWE電解水技術(shù)的電解效率約為60%-75%，PEM電解水技術(shù)的電解效率約為70%-90%，而固體氧化物（SOEC）電解槽在高溫（700-850℃）下運(yùn)行，電解效率可達(dá)75%-100%。在同樣的工況下，相比于AWE電解制氫和PEM電解制氫技術(shù)，可以節(jié)約30%以上的用電。

SOEC系統(tǒng)與核反應(yīng)堆、燃煤發(fā)電廠、生物質(zhì)、生活垃圾焚燒爐等能源的熱集，進(jìn)一步提高了制氫效率。

2. 原料適應(yīng)性廣：常用的SOEC材料是豐富的稀土材料，如氧化釔和氧化鋯，這些材料相對(duì)豐富和便宜。

電解槽的主要部件（如電解質(zhì)和電極）由陶瓷材料制成。這些SOEC材料儲(chǔ)量豐富，因此在材料可用性方面，擴(kuò)大規(guī)模不會(huì)帶來(lái)任何挑戰(zhàn)。

3.應(yīng)用廣泛：SOEC可以可逆運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能之間的有效循環(huán)轉(zhuǎn)換，并提供長(zhǎng)期和高容量的能量存儲(chǔ)。在燃料電池模式操作中，通過(guò)氧化燃料發(fā)電。在SOEC模式下，電力產(chǎn)生H2、合成氣等。

可以使用高溫SOEC從H2O和O2的共電解生產(chǎn)合成氣。然后，合成氣可以通過(guò)隨后的具有不同H2/CO比的催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為各種各樣的化學(xué)品。

缺點(diǎn)：電極退化、熱穩(wěn)定性、前沿技術(shù)

1. 電極退化：電極退化的主要原因之一是雜質(zhì)的影響。在H2電極中，含硅雜質(zhì)可通過(guò)非導(dǎo)電相阻擋電催化活性位點(diǎn)，導(dǎo)致降解和極化電阻增加。

對(duì)于在高過(guò)電位（~300mV）下長(zhǎng)期運(yùn)行的H2電極，最靠近電解質(zhì)的滲透鎳（Ni）網(wǎng)絡(luò)被破壞。鎳從電解質(zhì)電極界面遷移到支撐層，導(dǎo)致電化學(xué)性能的不可逆損失。對(duì)于SOEC的未來(lái)改進(jìn)，必須解決這一問題。

2. 熱穩(wěn)定性：高溫下運(yùn)行給SOEC帶來(lái)了熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上的優(yōu)勢(shì)，但是也對(duì)材料的性能提出了更高要求。如何在高溫下具有較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，不同組件間的熱膨脹系數(shù)匹配，相態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有一定的強(qiáng)度和抗熱沖擊能力，同時(shí)保證材料易于加工、成本盡可能低，是國(guó)際難題。

3. 前沿技術(shù)：為了實(shí)現(xiàn)商業(yè)規(guī)模化，需要在制造和組裝電池方面進(jìn)行進(jìn)一步的工作，以降低裝置的總體成本。

■ 催化劑、腐蝕性、材料、氫氣純度、穩(wěn)定性比較

催化劑

PEM：PEM氫氣發(fā)生器所需的全部是純水

堿性：需要強(qiáng)堿催化劑，如KOH或NAOH

SOEC：水和熱量

腐蝕性的

PEM：無(wú)腐蝕性

堿性：應(yīng)用過(guò)程中會(huì)附著腐蝕性氣體

SOEC：高溫腐蝕

PS：由于具有腐蝕性，堿性電解槽不能用于某些場(chǎng)景，如氫氣吸入機(jī)、氫氣車載套件等。這可能會(huì)對(duì)您的身體或汽車造成傷害。當(dāng)然如果解決了一些關(guān)鍵性的技術(shù)，同樣也是可以用于吸氫機(jī)的。

材料

PEM：鈦合金和氧化釕或鈦合金和銥氧化物。PS：氧化銥是最好的，但它更貴。

堿性：常用的是不銹鋼304ss、316Lss或Cu-Ni合金。PS:304ss是最差的材料。316Lss和銅鎳(Cu-Ni)合金的優(yōu)缺點(diǎn)取決于它們的使用方式。事實(shí)上，有更好的材料，但價(jià)格太貴，暫時(shí)不會(huì)介紹。

SOEC：稀土材料，如氧化釔和氧化鋯，材料儲(chǔ)量豐富。

氫氣純度

PEM:99.9995%，雜質(zhì)主要為水蒸氣

堿性：99.98%。雜質(zhì)主要是腐蝕性氣體和水蒸氣

SOEC：99.98%。雜質(zhì)主要是水蒸氣

穩(wěn)定性

PEM：小型PEM設(shè)備幾乎不需要維護(hù)。只需添加純水。

堿性：由于化學(xué)腐蝕和對(duì)設(shè)備和部件的損壞，維護(hù)成本高，維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)。在系統(tǒng)部件維修過(guò)程中，電解液必須排出。

SOEC：維修成本高，沒有規(guī)模商用化。

■ PEM氫氣發(fā)生器和堿性氫氣發(fā)生器的選擇

PEM電解槽，也稱為質(zhì)子交換膜電解槽，使用質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)來(lái)分離電解過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣和氧氣。因此，直接獲得純氫氣是可能的。該技術(shù)以其高效率和快速響應(yīng)時(shí)間而聞名，因此適用于需要快速制氫的應(yīng)用。

另一方面，堿性電解槽使用堿性溶液（通常是氫氧化鉀）作為電解液。該技術(shù)的效率低于PEM電解槽，響應(yīng)時(shí)間較慢，但可以以較低的成本生產(chǎn)氫氣。堿性電解槽通常用于大規(guī)模制氫應(yīng)用。但由于KOH溶液的腐蝕。因此，需要經(jīng)常拆卸整個(gè)電解槽進(jìn)行清潔和維護(hù)。

總的來(lái)說(shuō)，PEM電解槽更適合于需要高效率和快速響應(yīng)時(shí)間且僅需要純氫氣的應(yīng)用，而堿性電解槽更適用于成本是主要問題的應(yīng)用。

一般吸氫機(jī)采用的是PEM電解槽制氫，也有采用堿性電解槽的，國(guó)內(nèi)目前還沒有發(fā)現(xiàn)有采用SOEC制氫的，或許日本吸氫機(jī)Suisonia是第一家采用這種前言技術(shù)的。