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电解槽生长史

宣布时间：

2021-11-02

【提要形貌】

电解槽使用已盛行两个多世纪了。。虽然基本手艺坚持稳固（如下图所示），，，，，但差别的趋势影响了电解槽的生长，，，，，大致分为五个阶段。。

第 1 阶段（1800-1950）：

电解槽主要用于水电（低本钱发电）制氨。。到 1900 年，，，，，已有400多个工业电解槽在运行（Santos、Sequeira和 Figueiredo，，，，，2013）。�；；诟媚康牡牡缃獠垡苍谂餐⒚芈场⒔虬筒嘉ず桶＜坝兴τ�。。碱性电解槽其时是唯一使用的手艺。。电解槽在大气压力下使用浓侵蚀性的碱性溶液（如氢氧化钾[KOH]）操作，，，，，使用石棉作为气体隔层（称为隔膜）。。石棉会对康健造成重大危害，，，，，但这一点直到 20 世纪末才为人所知，，，，，以是以后最先使用其他质料取代石棉（如 ZIRFON ®）。。虽然最初没有更好的替换品，，，，，但从本世纪中叶开始，，，，，复合氧化锆（ZrO2）隔离层已成为趋势。。在这一代末期，，，，，1948 年 Lonza （以及厥后的 IHT）首先引入加压碱性电解槽系统。。电解液也用于生产氯气，，，，，这一历程使用相同的电化学原理，，，，，但使用高浓缩氯化钠溶于水中作为质料，，，，，并爆发氢气作为副产品。。这是 19 世纪初兴起的电解的主要应用场景。。

第 2 阶段（1950-1980）：

电解槽在上一阶段的最后几年实现了高分子化学突破，，，，，标记着第 2 阶段的最先。。1940 年，，，，，Dupont 发明了一种热稳固性和机械稳固性极好的质料，，，，，这种质料也具有离子特征（指具有优异的质子通过性）。。这种质料是 PEM电解槽的基础。。PEM电池可简朴注入纯水，，，，，而不是碱性系统中的苛性溶液，，，，，这大大降低了系统的重大性和碳足迹，，，，，提高了效率和功率密度。。通用电气是开发 PEM 电解槽的先驱公司之一，，，，，随后美国 Hamilton Sundstrand 和德国西门子和 ABB 加入了 PEM 电解槽开刊行列。。PEM 电解槽的安排和学习活动主要是由宇宙飞船项目（如双子星座号）和潜艇军事生命支持系统等需求掀起的。。

第 3阶段（1980-2010）：

随着太空竞赛的竣事，，，，，必需为 PEM电解槽寻找其他商业时机。。这需要极大简化设计，，，，，降低本钱，，，，，并将电堆规模提高到几百千瓦。。这些改变带来的效果包括提高了系统效率，，，，，降低了资源本钱，，，，，以及寿命凌驾了 5 万小时。。而碱性电解槽方面，，，，，与水力发电装备连系的大容量机组必需重新设计成体积更小的加压电堆，，，，，以便引入至氢气需求不高的应用场景中。。

第 4 阶段（2010-2020）：

本阶段爆发了三大趋势。。第一，，，，，光伏和风能装机容量在这段时期划分增添了 14 倍和 3 倍，，，，，光伏发电、陆优势电和海优势电的整天职别下降了 82%、47%和 39%（IRENA，，，，，2020a）。。这使绿氢的主要本钱因素（即电力）大幅下降，，，，，提高了绿氢的商业化历程。。第二，，，，，天气转变在政治议程中的职位愈发主要。。这为除发电以外的行业脱碳提供了支持。。第三，，，，，先进电解槽电堆的产能一直增添，，，，，降低了电解槽的资笔僻出（CAPEX），，，，，从而促使绿氢提上能源政策议程。。

第 5 阶段（2020 年后）：

预计这一时期电解槽将从小众市场走向主流市�。。�，，，，从兆瓦级提高至吉瓦级规模，，，，，可能性逐渐变为现实。。该阶段目的包括降低本钱（< 200 美元/kW）、提高寿命（＞5 万小时）和提高效率（靠近 80% ，，，，，LHV）。。但这一目的的实验需要规模经济、提高产能和通过研究实现手艺突破。。

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