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加氢站建设及工艺技术研究

管路和氢气、氧气的导出管路，但不需电路连接。排气管路是分别并联的。许多
这种电解池叠加串联起来构成电解器总体。碱式电解器缺点是效率较低、工作电

流密度较低，一般不高于 0.6A/cm²，水电解出 1Nm² 氢需要的电力为 5kWh 左右。
加拿大的 Suan 是目前世界上利用电解水制氢和开发氢能汽车最为有名的公司。
他们开发的 HESfp 系统包括一个能日产氢 25kg 的碱性电解槽，一个能储存 60kg

氢的高压储氢罐和氢内燃机车。他们用于汽车的氢能系统能每小时产氢 3kg，可

以为 3 辆巴士提供能量。
固体氧化物电解器一般采用氧化钇稳定的氧化锆作为电解质，工作温度在

60-1000℃，在此温度下水的理论分解电压仅为 0.9V。高温降低了电解反应的电
压损失，同时加剧了电解器的腐蚀速度，增大了冷热膨胀量，给材料的选择、密

封和运行控制带来困难，从而制约其部分应用。
PEM 水电解器最早由美国通用电器公司在 1966 年开发出来。其主要特征是

使用一种离子交换膜作为电解质兼起隔膜作用，依靠此膜内的水合氢离子的迁移
提供离子导电，水既是反应物又是冷却介质，此种电解槽的特点是设备体积小、

电流密度高。完整的 PEM 水电解的系统主要包括 PEM 电解器、稳压电源、水供
应系统、水循环泵、氢气和氧气的气水分离器、热交换器、包括安全措施的控制

系统等。PEM 电解器是整个水电解系统的核心。电解工作开始后，水由储水罐通
过管道输送到电解器阳极，水在电场和阳极催化剂的作用下，分解成氢离子和氧

气，氧气通过管道输送到储氧罐或排空，氢离子由阳极穿过质子交换膜迁移到阴

极，在阴极催化剂表面与外电路输送过来的电子结合生成氢气，氢气通过氢气管
道输送到储氢罐。以 PEM 作为电解质的水电解器能在 1 ～ 3A/cm² 的高电流密度

下工作，体积小、效率高，生成的氢气纯度可高达到 99.999%，被认为是最有前
景的水电解技术。
近年来加拿大的 Hydrogenics 公司、美国的 Hamilton Sundstrand 公司、Poton

Energy Sys- tems 公司、德国 H-Tec 公司等在 PEM 水电解器的研究与制造方面开

展了较多工作。现在商业化出售 PEM 水电解器产气量大多在 1 ～ 10m³/，压力为

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