电解槽

什么是电解槽以及它的用途是什么？

电解槽是一种利用电能通过电解作用将水或其他物质分解成其组成元素的装置。电解是一种化学反应，电流通过物质时，会使其分解成基本成分。

在水电解的情况下，电解槽使用电流将水分子分解成氢气和氧气。氢气可以压缩气体或液化形式储存。产生的氧气被释放回空气中或被捕获并储存以供应给其他工业过程。

电解槽的组成

电解装置的基本形式包含一个带有两个电极的电解槽——一个阴极（负电荷）和一个阳极（正电荷）——和一个膜。电解槽系统包含电解槽电池组、泵、通风口、储罐、电源、分离器和其他操作部件。

当在电解质中施加电流时，电解会在电池组内发生。阳极吸引带负电的氢氧根离子 (OH-)，释放氧气 (O2)。阴极吸引带正电的氢离子 (H+) 并释放氢气 (H2)。

电解槽主要用于生产氢气。氢气是工业生产过程中必不可少的物质，例如用于生产化肥的氨以及作为燃料电池的燃料，例如用于公共汽车、卡车和火车。电解槽还可以用于能量储存，将风能、太阳能和水力发电等可再生能源产生的多余电力转化为氢气。然后，氢气可以被压缩、储存并根据需要使用。

电解槽的尺寸和功能各不相同，可扩展以满足各种输入和输出需求。他们的足迹范围从安装在运输集装箱中进行现场生产的小型工业电解槽工厂到能够通过卡车运送氢气或连接到天然气混合管道的大型集中式氢气生产设施。

电解槽也是燃料电池的补充技术。燃料电池的工作原理与电池类似，都能产生电能和热能。但与电池不同的是，如果持续供应燃料（例如氢气），燃料电池就能源源不断地产生电力。使用氢气的燃料电池产生的电力在使用过程中实现零排放，这意味着无需化石燃料，也不会产生任何有害排放物。

水电解技术主要有质子交换膜（PEM）、碱性和固体氧化物三种类型。根据所涉及的电解质材料，每个电解槽的功能略有不同。

质子交换膜 (PEM) 电解槽

PEM电解槽包含一个使用固体聚合物电解质的质子交换膜。在水电解过程中，当对电池堆施加电流时，水分解成氢气和氧气。氢质子穿过膜，在阴极侧形成氢气（H₂）。

碱性电解槽

碱性电解槽内含有水和液态电解质溶液，例如氢氧化钾 (KOH) 或氢氧化钠 (NaOH)。当电流施加到碱性电解槽时，氢氧根离子 (OH⁻) 会从每个电解槽的阴极向阳极移动。氢气气泡在阴极产生，氧气在阳极产生。

固体氧化物电解槽

固体氧化物电解槽或固体氧化物电解电池 (SOEC) 是以再生模式运行的固体氧化物燃料电池。 SOEC 使用固体氧化物或陶瓷电解质。当施加电流并将水送入其阴极时，水会转化为氢气和氧离子。在捕获氢气进行净化的同时，氧化物离子移动到阳极并将电子释放到外部电路以变成氧气。

绿色氢是使用电解水技术和可再生能源（如太阳能或风能）产生的电力生产的可再生氢。它在全球范围内获得了前所未有的发展势头，Accelera 认为它是加速向清洁能源转变的关键组成部分。电解槽的商业化可以使绿色氢更容易获得，并使全球能源系统能够进行根本性转变，以减少排放并减少其对环境的负面影响。