1 引言

能源(yuan)(yuan)是人(ren)類(lei)社(she)會生存和發展的(de)基礎，當前人(ren)類(lei)使用的(de)主要(yao)能源(yuan)(yuan)為化(hua)(hua)石能源(yuan)(yuan)。化(hua)(hua)石能源(yuan)(yuan)的(de)使用雖帶(dai)動了經濟社(she)會的(de)快速發展，但同時也帶(dai)來嚴(yan)重的(de)環境污染(ran)及CO2排放問題，為此人(ren)類(lei)迫(po)切需要(yao)用清潔可持續(xu)的(de)綠色(se)低(di)碳能源(yuan)(yuan)來代替化(hua)(hua)石能源(yuan)(yuan)的(de)使用，減(jian)少環境污染(ran)和溫(wen)室氣體排放。

氫氣(qi)是元素(su)周期表(biao)中(zhong)的(de)(de)第一(yi)位元素(su)，也(ye)是組成水、石油、煤和(he)生命體等的(de)(de)重要(yao)(yao)元素(su)之一(yi)。氫能(neng)(neng)(neng)源作為一(yi)種清(qing)潔、無污染(ran)、燃(ran)燒熱值高的(de)(de)新型能(neng)(neng)(neng)源，是目前新能(neng)(neng)(neng)源的(de)(de)研究(jiu)熱點之一(yi)，在碳達峰、碳中(zhong)和(he)目標背(bei)景下，將在可(ke)再(zai)生能(neng)(neng)(neng)源占主導(dao)地位的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)源體系中(zhong)扮演舉足輕重的(de)(de)角色。加快發展(zhan)氫能(neng)(neng)(neng)產業(ye)，則是各(ge)國應對全(quan)球(qiu)氣(qi)候變(bian)化、保障能(neng)(neng)(neng)源安(an)全(quan)和(he)實現經濟社會高質量發展(zhan)的(de)(de)重要(yao)(yao)戰(zhan)略選(xuan)擇。

水(shui)電(dian)解制(zhi)(zhi)氫被(bei)認(ren)為是(shi)(shi)未(wei)來制(zhi)(zhi)氫的發展方向，特(te)別(bie)是(shi)(shi)利(li)用可(ke)再生(sheng)(sheng)能(neng)源(yuan)電(dian)解水(shui)制(zhi)(zhi)氫，具備將大量(liang)可(ke)再生(sheng)(sheng)能(neng)源(yuan)電(dian)力(li)轉(zhuan)移到難(nan)以(yi)深(shen)度脫碳工業(ye)部門的潛(qian)力(li)。從技術(shu)路線看(kan)，電(dian)解水(shui)是(shi)(shi)一種綠(lv)色(se)環保(bao)、生(sheng)(sheng)產(chan)靈(ling)活的制(zhi)(zhi)氫技術(shu)，其產(chan)品純度高、技術(shu)相對(dui)成(cheng)熟，并且可(ke)利(li)用光伏(fu)發電(dian)、風力(li)發電(dian)等(deng)可(ke)再生(sheng)(sheng)能(neng)源(yuan)實現氫氣的大規模(mo)制(zhi)(zhi)備，是(shi)(shi)實現我國碳中和(he)目標的重要技術(shu)之一。

2 電解水制(zhi)氫(qing)工藝技(ji)術

根據電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)的不同，當前被認為(wei)(wei)可大規模推廣的電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)制氫技術主要分為(wei)(wei)3種：液(ye)體電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)—堿性電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)（alkaline water electrolysis，AWE）；酸離子環(huan)境中的電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)—質子交換膜電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)（proton exchange membrane，PEM）；高(gao)溫電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)—固體氧化物(wu)電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)（solid oxide electrolysis，SOEC），其(qi)中堿性電(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)池制氫是研究發(fa)展時間(jian)最長、最為(wei)(wei)成熟的技術。

2.1 堿性(xing)電(dian)解(jie)池

堿性(xing)電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)制(zhi)氫技術是目前最成熟、商業化(hua)程度(du)(du)最高的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)制(zhi)氫技術，MW級規模的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)裝置(zhi)已實現(xian)商業化(hua)應(ying)用。電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)池結構主要包括電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)、隔膜、電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)液(ye)(ye)、電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)池四部分。電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)液(ye)(ye)常采用堿性(xing)氫氧化(hua)鈉溶(rong)(rong)液(ye)(ye)、氫氧化(hua)鉀溶(rong)(rong)液(ye)(ye)或氫氧化(hua)鈣溶(rong)(rong)液(ye)(ye)（20 wt~30 wt%）；特定(ding)的(de)隔膜（通常采用石棉布或者(zhe)聚砜(feng)等絕緣材(cai)料(liao)）將電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)池分隔出陰極(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)區(qu)域和陽(yang)極(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)區(qu)域（鎳(nie)基材(cai)料(liao)為電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)），陰極(ji)(ji)區(qu)產生(sheng)的(de)氫氣(qi)和陽(yang)極(ji)(ji)區(qu)產生(sheng)的(de)氧氣(qi)彼此不混(hun)合，增加了裝置(zhi)的(de)安全性(xing)。堿性(xing)電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)池電(dian)(dian)(dian)(dian)流密度(du)(du)一般在0.25 A/cm2左右，能耗5 kWh/Nm3 H2，效(xiao)率通常在60%左右。

在(zai)外部電(dian)(dian)源作用下，堿(jian)(jian)性(xing)電(dian)(dian)解液(ye)中(zhong)的(de)OH-吸附在(zai)陽(yang)極(ji)催(cui)化(hua)層，經催(cui)化(hua)后OH-失去(qu)電(dian)(dian)子(zi)(zi)成為O2和(he)水，產生(sheng)的(de)自由(you)電(dian)(dian)子(zi)(zi)經陰(yin)陽(yang)極(ji)間的(de)外接電(dian)(dian)路到達陰(yin)極(ji)。被吸附在(zai)陰(yin)極(ji)催(cui)化(hua)層的(de)水分子(zi)(zi)獲得電(dian)(dian)路供給的(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)，生(sheng)成氫氣和(he)OH-。堿(jian)(jian)性(xing)電(dian)(dian)解液(ye)中(zhong)部分OH-和(he)H2O會通(tong)過(guo)隔膜，在(zai)兩個電(dian)(dian)解槽(cao)(cao)之間發(fa)生(sheng)遷移和(he)擴散，保持(chi)(chi)槽(cao)(cao)內離(li)子(zi)(zi)濃度(du)的(de)平衡，維持(chi)(chi)兩極(ji)電(dian)(dian)解區(qu)域(yu)的(de)電(dian)(dian)中(zhong)性(xing)。堿(jian)(jian)性(xing)電(dian)(dian)解池電(dian)(dian)解原理示意圖如圖2.1-1所示。

圖2.1-1 堿性電解池水電解原(yuan)理示意圖

目前該技術的局限(xian)性主要存在于：

1. 1.隔(ge)膜為(wei)多(duo)孔(kong)材(cai)料(liao)，氣體容易(yi)滲透，比(bi)較(jiao)厚，電能損失較(jiao)多(duo)；

2.由于快速(su)變載會(hui)造成兩側(ce)壓力失衡，進而氫(qing)過多滲透造成爆炸風險，同時響應(ying)性很慢，與具有快速(su)波(bo)動特性的可再生(sheng)能(neng)源配合性能(neng)相(xiang)對較差(cha)；

3.最大電流密度(du)通常(chang)限(xian)制在0.45 A/cm2以內（一(yi)般為(wei)0.2~0.4 A/cm2）。因(yin)為在較高的電流密度下(xia)，產生的氣泡在重(zhong)力作(zuo)用下(xia)會沿電極表面向上流動，從而在整個(ge)電極表面形成一層連續(xu)的非導電氣膜；

4.電解液為強(qiang)堿性、強(qiang)腐蝕性物質，整(zheng)個電解系(xi)統的內部(bu)管道、電解槽、泵等都需(xu)在較強(qiang)堿液下保持長期穩定性。

2.2 固體氧(yang)化物電解池

一(yi)個典型的(de)(de)固體氧化物電(dian)(dian)解(jie)池，其核心組成包括：電(dian)(dian)解(jie)質、陽極(ji)(ji)（也稱(cheng)為氧電(dian)(dian)極(ji)(ji)）和(he)(he)陰極(ji)(ji)（也稱(cheng)為氫電(dian)(dian)極(ji)(ji)），如(ru)圖(tu)2.2?1所示。中間是致密(mi)的(de)(de)電(dian)(dian)解(jie)質層，兩邊為多孔的(de)(de)氫電(dian)(dian)極(ji)(ji)和(he)(he)氧電(dian)(dian)極(ji)(ji)。電(dian)(dian)解(jie)質的(de)(de)主要作用是隔開空氣/氧氣和(he)(he)燃料(liao)氣體，并且(qie)傳(chuan)導(dao)氧離子，因此一(yi)般要求電(dian)(dian)解(jie)質致密(mi)且(qie)具有(you)(you)高(gao)的(de)(de)離子電(dian)(dian)導(dao)和(he)(he)可忽略的(de)(de)電(dian)(dian)子電(dian)(dian)導(dao)。電(dian)(dian)極(ji)(ji)一(yi)般為多孔結構，以增加電(dian)(dian)化學反應的(de)(de)三(san)相(xiang)界面，并有(you)(you)利于氣體的(de)(de)擴散和(he)(he)傳(chuan)輸。此外，平板式的(de)(de)SOEC還(huan)需(xu)要密(mi)封材料(liao)，多個單體SOEC組成電(dian)(dian)堆還(huan)需(xu)要連接體材料(liao)。

圖(tu)2.2?1 固(gu)體氧(yang)化(hua)物電(dian)解(jie)池主要(yao)組成

從反(fan)應過程上講，較高(gao)溫度下（700 ~ 900℃），在SOEC兩側電極上施加一定的直流(liu)電壓，H2O陰極被還原(yuan)分解產生(sheng)H2和O2-，O2-穿過致密的固體氧(yang)化物(wu)電解(jie)質層到達陽極(ji)，失去電子析出O2。陰(yin)極和陽(yang)極的半電池反應分(fen)別為：

陰極：H2O + 2e → H2 + O2-（1）

陽極：O2-→ 2e + 12 O2（2）

從原理上講(jiang)，高效率(lv)和高產率(lv)是SOEC制(zhi)氫的兩個主要優(you)點(dian)，其(qi)(qi)內在原因是高溫(wen)下的電(dian)(dian)化學(xue)過程使得電(dian)(dian)解反(fan)應在熱(re)力(li)學(xue)和動力(li)學(xue)方(fang)面(mian)比低溫(wen)電(dian)(dian)解更(geng)具優(you)勢。除此之外，SOEC還具有(you)其(qi)(qi)他優(you)點(dian)：

1. 原料適應性廣。除了電(dian)(dian)解(jie)水制氫，SOEC還可以共電(dian)(dian)解(jie)CO2和H2O制備(bei)合成氣（CO和H2）。由于(yu)(yu)電(dian)解的(de)原(yuan)料(liao)來自于(yu)(yu)捕獲的(de)CO2，因此(ci)從(cong)整(zheng)個(ge)過(guo)程(cheng)來看，采(cai)用該方法合成碳氫燃料(liao)的過(guo)程(cheng)不產生新(xin)的CO2，具有碳中性循(xun)環(huan)的(de)優點；

2. 運(yun)(yun)行(xing)模(mo)式多樣(yang)化(hua)。首(shou)先(xian)，SOEC具有(you)運(yun)(yun)行(xing)可(ke)逆的(de)優(you)勢，可(ke)以(yi)在電(dian)(dian)解池和燃料電(dian)(dian)池（SOFC）模(mo)式之間(jian)(jian)靈活(huo)切(qie)換。用(yong)(yong)作(zuo)高效產氫(qing)或(huo)電(dian)(dian)化(hua)學儲能(neng)裝置(zhi)，將(jiang)電(dian)(dian)能(neng)高效轉化(hua)為化(hua)學能(neng)（氫(qing)能(neng)），也可(ke)在燃料電(dian)(dian)池模(mo)式下運(yun)(yun)行(xing)，通過(guo)電(dian)(dian)化(hua)學反應(ying)得到電(dian)(dian)能(neng)。其次(ci)，SOEC制(zhi)氫(qing)可(ke)以(yi)根(gen)據不同的(de)應(ying)用(yong)(yong)場景調(diao)(diao)整(zheng)電(dian)(dian)壓窗口(kou)，可(ke)以(yi)在吸(xi)熱(re)、放熱(re)和熱(re)中性(xing)(xing)條件下運(yun)(yun)行(xing)，可(ke)調(diao)(diao)控的(de)靈活(huo)性(xing)(xing)使得SOEC容(rong)易與具有(you)不同熱(re)源的(de)可(ke)再(zai)生能(neng)源耦合，具有(you)更(geng)好的(de)靈活(huo)性(xing)(xing)和更(geng)大的(de)應(ying)用(yong)(yong)空間(jian)(jian)；

3. 全固(gu)態(tai)和模(mo)塊(kuai)化(hua)組(zu)裝。SOEC的(de)核心(xin)部(bu)件為固(gu)體氧(yang)化(hua)物(wu)陶瓷材料和不銹鋼(gang)材料，具有較強的(de)機械穩定性(xing)和環境適應(ying)性(xing)，且不使用(yong)貴金(jin)屬催(cui)化(hua)劑(ji)，材料成本低(di)廉。模(mo)塊(kuai)化(hua)的(de)組(zu)裝方式(shi)使得它可以(yi)根據需要靈活調整產氫(qing)規模(mo)用(yong)于多(duo)種場(chang)合，從(cong)移動(dong)式(shi)、固(gu)定式(shi)制(zhi)氫(qing)裝置到制(zhi)氫(qing)廠，具有很好的(de)發展(zhan)前景。

然而固體氧化物電解池仍存在高溫工作環境致使的缺點，例如：

1. 由于溫度原(yuan)因，陰極(ji)部(bu)分材料會出現逐(zhu)漸燒(shao)結(jie)的(de)狀況(kuang)；

2. 陽極(ji)材料隨著(zhu)電解(jie)過程中氧氣(qi)(qi)的(de)產生，發生團聚反應，使得電極(ji)氣(qi)(qi)孔率發生改變(bian)，催(cui)(cui)化劑的(de)催(cui)(cui)化活(huo)性降低；

3. 長時(shi)間的高溫電解(jie)，使得固(gu)態電解(jie)質與陰(yin)極部分界面材料(liao)發生(sheng)反應形成高阻抗，增(zeng)加能耗；

4. 高溫對電解池連接材(cai)料(liao)的要(yao)求，同時高溫工況(kuang)造(zao)成(cheng)的熱(re)能(neng)及(ji)水資源損失，增大了(le)電解池選材(cai)要(yao)求。因(yin)此高溫固體氧化(hua)物電解池相關(guan)裝置(zhi)，短期內無(wu)法形成(cheng)大規模的實(shi)際使用。

2.3 質(zhi)子(zi)交換膜電(dian)解(jie)池(chi)

固體聚(ju)合物膜(mo)也稱為(wei)質(zhi)子交換膜(mo)，可提供(gong)高導電性，允許緊湊化設計和高壓操作。薄膜(mo)厚度(du)低（90~300 μm）是(shi)質(zhi)子交換膜(mo)有諸(zhu)多(duo)優點的(de)原因之一。目前常用的(de)商業化質(zhi)子交換膜(mo)品(pin)牌有：Nafion®、Fumapem®、Flemion®和Aciplex®等。

質子(zi)交換(huan)膜(mo)(mo)電(dian)解(jie)池主要由質子(zi)交換(huan)膜(mo)(mo)、催(cui)化(hua)劑和(he)氣體(ti)擴散(san)層組成的膜(mo)(mo)電(dian)極(ji)、雙極(ji)板(ban)和(he)密封圈(quan)、防護(hu)片、端板(ban)等組成，如圖2.3-1所示。

圖2.3-1  質子交換膜電解槽結構示意圖

質子交換膜電解池的工作原理如圖2.3-2所示：首先通過水泵供水到陽極，水在陽極被分解成氧氣（O2），質子（H+）和電子（e-），質子通過質子交換膜進入陰極。電子從陽極流出，經過電源電路到陰極，同時電源提供驅動力（電池電壓）。在陰極一側，兩個質子和電子重新結合產生氫氣。質子交換膜電解池化學反應方程式如下：

陽極發生析氧反(fan)應(ying)（OER）：

2 H2O + 4 e- → 4 H+ + O2（3）

陰發生析(xi)氫(qing)反應（HER）：

4 H+ + 4 e- →2 H2（4）

圖2.3-2  質子交換(huan)膜(mo)電解池(chi)原理示意圖

2.4 電解水制氫技(ji)術對比

根據電(dian)解液的不同(tong)，當前(qian)被認為(wei)可大規模推廣的電(dian)解制氫技術主要(yao)分為(wei)3種：堿性電(dian)(dian)解(jie)、質子(zi)交換膜電(dian)(dian)解(jie)和固體氧化物電(dian)(dian)解(jie)。表2.4-1是(shi)三種水電解(jie)制氫技術對比(bi)，表2.4-2為電解(jie)水和其它工業制氫(qing)技術對比。

表2.4?1  三種水電解制氫技術對比

注：LSM為(wei)（La1-xSrx）1-yMnO3;YSZ為Y(釔)穩定的ZrO2。

表2.4?2  工業制氫技術對比

在(zai)現有的(de)(de)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)技術中，使用(yong)(yong)煤(mei)或天然(ran)氣制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)具(ju)有顯(xian)著的(de)(de)成(cheng)(cheng)本優勢(shi)(shi)，而且(qie)我(wo)國具(ju)有豐(feng)富的(de)(de)煤(mei)炭資源。但使用(yong)(yong)化石能(neng)(neng)(neng)(neng)源作為原(yuan)料(liao)終究不可持續，而且(qie)會產(chan)生新的(de)(de)污染。使用(yong)(yong)甲醇等(deng)化工原(yuan)料(liao)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)受上游(you)產(chan)品約束(shu)，產(chan)量(liang)(liang)和價格浮動(dong)較大(da)(da)(da)，難以(yi)形(xing)成(cheng)(cheng)穩定有效(xiao)的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)供給。使用(yong)(yong)工業尾(wei)氣制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)同(tong)樣存在(zai)原(yuan)料(liao)少，來(lai)(lai)源不穩定的(de)(de)問(wen)(wen)題。故可以(yi)支撐未(wei)來(lai)(lai)巨大(da)(da)(da)氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)需求量(liang)(liang)，原(yuan)料(liao)來(lai)(lai)源穩定的(de)(de)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)方式應為電(dian)解水制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)。雖然(ran)目前(qian)由于成(cheng)(cheng)本太高，電(dian)解水在(zai)氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)制(zhi)(zhi)備產(chan)業中只占4%左右，與其它方式相比暫時不具(ju)備競爭優勢(shi)(shi)。但如果能(neng)(neng)(neng)(neng)考慮利用(yong)(yong)我(wo)國每年大(da)(da)(da)量(liang)(liang)不能(neng)(neng)(neng)(neng)上網(wang)的(de)(de)風能(neng)(neng)(neng)(neng)和光伏等(deng)可再生能(neng)(neng)(neng)(neng)源電(dian)力作為能(neng)(neng)(neng)(neng)源，可以(yi)極大(da)(da)(da)地降(jiang)低制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)用(yong)(yong)電(dian)成(cheng)(cheng)本，推動(dong)電(dian)解水技術推廣(guang)使用(yong)(yong)，同(tong)時可有效(xiao)解決可再生電(dian)力消納問(wen)(wen)題。

3 技(ji)術展望

電(dian)解(jie)水制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)技(ji)術的發展關鍵在(zai)于其成(cheng)(cheng)(cheng)本的降(jiang)低，成(cheng)(cheng)(cheng)本一(yi)般包括：①設備成(cheng)(cheng)(cheng)本；②能(neng)源(yuan)成(cheng)(cheng)(cheng)本（電(dian)力）；③其他運營費用(yong)；④原料費用(yong)（水）。其中，能(neng)源(yuan)成(cheng)(cheng)(cheng)本即電(dian)力成(cheng)(cheng)(cheng)本占比(bi)(bi)最大，一(yi)般為40%~60%（AWE/PEM），甚至可達80%，該部分主要由能(neng)源(yuan)轉化(hua)效率(lv)（即電(dian)解(jie)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)效率(lv)）因素驅動，設備成(cheng)(cheng)(cheng)本占比(bi)(bi)次之。對于中國市場而言，當制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)成(cheng)(cheng)(cheng)本降(jiang)至20元/kg以下時，相比(bi)(bi)于化(hua)石能(neng)源(yuan)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)，電(dian)解(jie)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)才(cai)具有一(yi)定的競爭優勢，此時可再生能(neng)源(yuan)電(dian)價需降(jiang)低至0.3元/kWh以下。

降(jiang)(jiang)低(di)綠氫成(cheng)(cheng)本(ben)不僅需(xu)要政(zheng)府在(zai)可(ke)再生(sheng)能源電力上(shang)的(de)(de)(de)政(zheng)策(ce)傾斜與激勵，還(huan)需(xu)要科研(yan)人員在(zai)關鍵(jian)材(cai)(cai)(cai)料研(yan)制(zhi)上(shang)的(de)(de)(de)進步與突破，從(cong)(cong)而降(jiang)(jiang)低(di)設備成(cheng)(cheng)本(ben)。電解制(zhi)氫設備成(cheng)(cheng)本(ben)可(ke)從(cong)(cong)兩個方面減少(shao)。一是(shi)從(cong)(cong)電解槽設計與單電池材(cai)(cai)(cai)料入手，使用較少(shao)的(de)(de)(de)關鍵(jian)材(cai)(cai)(cai)料，尤其是(shi)Pt、Ir等(deng)成(cheng)(cheng)本(ben)較高(gao)的(de)(de)(de)貴(gui)金(jin)屬(shu)材(cai)(cai)(cai)料，或用非貴(gui)金(jin)屬(shu)材(cai)(cai)(cai)料（Ni、Fe等(deng)）取代。重新設計電解槽以實現更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)效率(lv)（更(geng)低(di)的(de)(de)(de)電力成(cheng)(cheng)本(ben)）、更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)耐久(jiu)性(xing)(xing)（更(geng)長的(de)(de)(de)壽命）以及更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)電流密度，可(ke)通過優化(hua)膜(mo)厚度來降(jiang)(jiang)低(di)歐姆電阻(zu)（同(tong)時還(huan)需(xu)兼顧氣(qi)體(ti)滲(shen)透問題(ti)），以提(ti)升(sheng)電解效率(lv)；對(dui)多孔層傳輸(shu)層（PTL）、雙極板流道等(deng)關鍵(jian)部(bu)件(jian)的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)優化(hua)，如優化(hua)孔隙率(lv)、孔徑、厚度等(deng)PTL結(jie)構(gou)參數，采(cai)用三維(wei)網格結(jie)構(gou)流場等(deng)，以提(ti)升(sheng)電解槽性(xing)(xing)能與壽命。二(er)是(shi)從(cong)(cong)增(zeng)加(jia)單槽和工廠(chang)生(sheng)產的(de)(de)(de)規模來提(ti)升(sheng)應用經濟性(xing)(xing)，通過執行高(gao)通量、自(zi)動化(hua)的(de)(de)(de)制(zhi)造工藝，降(jiang)(jiang)低(di)每個組件(jian)的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)本(ben)。

綜上所述，目前被認為(wei)可(ke)大規模(mo)推廣的三(san)種電解制氫技術各有優劣(lie)勢(shi)，一是(shi)(shi)堿性(xing)電解水(shui)制氫，其(qi)特點是(shi)(shi)啟(qi)停較快(kuai)(kuai)，已(yi)在工(gong)業上應(ying)用(yong)，還(huan)(huan)需進一步(bu)發(fa)展系統(tong)集成和配(pei)套(tao)技術。二是(shi)(shi)質子交(jiao)換膜電解水(shui)制氫，其(qi)特點是(shi)(shi)啟(qi)停快(kuai)(kuai)，但(dan)面(mian)臨貴金屬電催(cui)化(hua)劑成本高(gao)的挑戰，還(huan)(huan)需進一步(bu)研究(jiu)復合(he)材(cai)料(liao)、非貴金屬材(cai)料(liao)來降低(di)成本。三(san)是(shi)(shi)固(gu)體氧化(hua)物(wu)電解水(shui)制氫，因(yin)部分電能(neng)被熱能(neng)取代(dai)，轉化(hua)效率可(ke)達85%以上，期待該技術盡快(kuai)(kuai)突破(po)材(cai)料(liao)的高(gao)溫(wen)穩定性(xing)，在大規模(mo)電解水(shui)制氫方面(mian)發(fa)揮作(zuo)用(yong)。