《表3 三种典型制氢技术对比》

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《可再生能源多能互补制-储-运氢关键技术综述》

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依据电解质种类，可以分为碱性、质子交换膜、固体氧化物三种。三种典型制氢技术的对比见表3。传统的碱性电解质制氢不需要昂贵的催化剂且寿命较长，但电能损耗大，难以快速关闭或启动，制氢效率低，不能与具有快速波动特性的可再生能源配合，限制了其应用范围[84]。与碱性电解质制氢方式相比，质子交换膜避免了使用强碱性液体电解质所带来的缺点，同时，紧凑精简的体积降低了电解池的欧姆电阻，大幅提高了电解池的整体性能，运行电流密度是碱性电解槽的4倍以上，宽范围的运行电流密度更有利于配合可再生能源的波动性，具有效率高、气体纯度高、绿色环保、能耗低和可实现更高的产气压力等优势，而且，是制氢领域极具发展前景的电解制氢技术之一。质子交换膜大多采用成本较高的贵金属，而且在使用过程中会降解损耗，主要通过降低催化剂载量、开发合金催化剂等途径降低成本。现阶段催化剂、电解池材料的成本较高，主要解决途径是提高电解池的效率，即，提高膜材料、催化剂与扩散层材料的技术水平。文献[85]针对目前聚合物质子交换膜催化剂有限和厚度问题，制造了一种具有三种先进界面特性的不同微孔层的材料，由经济性较高的钛粉制成，改善了交换膜的界面性能和表面粗糙度，使得催化剂利用率提高了3倍。固体氧化物电解水采用固体氧化物作为电解质材料，工作温度在400～1 000℃，可以利用热量进行电氢转换，具有能量转换效率高且不需要使用贵金属催化剂等优点，因而效率可以达到100%。还可与光热发电厂协调配合，使所有输入能源完全为可再生能源。现阶段，固体氧化物电解水技术处于实验阶段，在电解模式下存在较大的损耗，需要研发新材料来降低损失，提高其在高温下的耐用性。为了提高在中等温度（600～800℃）下固体氧化物电解槽（Solid Oxide Electrolyzer，SOEC）中镍基阴极的性能，制备了镍铁双金属阴极，获得了在相同电池电动势下更高的电流及良好的稳定性[86]。为了提高离子电导率，降低电解过程的能耗，获得最大的电压稳定性，使用合成的聚合物电解质制备了双电层电容器，减少了主体聚合物中的结晶，减小了损耗[87]。