加压水电解目前存在多种技术方案,其中最直接的一种是对阳极和阴极同时施加压力。PEM水电解制氢
质子交换膜(PEM)技术也已验证其能够在显著压差条件下稳定运行的能力。
值得注意的是,还有一种较为特殊的结构设计:阴极和阳极均在常压环境下运行,而系统整体仍实现加压。这种设计最初服务于无氧环境(如潜艇内部)的氧气制备需求。在这种应用中,压缩氢气的处理更为便捷。从氢经济应用场景来看,PEM电解槽在压差条件下运行的核心优势在于安全性——若氧气直接在大气中生成并释放,其潜在危险性将显著降低。
对称加压PEM水电解系统的典型工艺流程如图所示。系统采用经纯化处理的去离子工艺水(电阻率需控制在0.1~1MΩ·cm范围),在惰性气体保护下储存于专用储罐中。该工艺水通过注入泵以常压状态输送至阳极工艺回路(需特别说明的是,高压注水需配备专用设备,这是加压水电解技术应用于高压场景时的主要限制因素)。液态水依次流经阳极室与阴极室,形成的水/气两相混合物依靠重力分离器实现分离。 水电解制氢设备
工艺气体需经过净化处理(通常采用被动自催化重组器,其表面涂覆铂纳米颗粒以催化氢氧自发重组为水),并根据下游工艺需求调节压力。脱氢后的液态水因阴极室电渗透阻力作用(质子去溶剂化过程产生)而从阳极流向阴极,这部分水必须强制循环返回给水箱或阳极回路以维持系统水平衡。 高纯氢气发生器