電解水制氫之提效降本

謝文富，邵明飛，段 雪

(北京化工大學化學學院 化工資源有效利用國家重點實驗室，北京 100029)

氫氣作為一種質量輕、熱值高、燃燒無污染的綠色清潔能源載體，已被廣泛認為是未來化石燃料的最佳替代品[1]。目前，制氫技術路線主要有化石燃料制氫(如天然氣重整制氫、煤炭制氫等)、工業副產品制氫(如氯堿工業制氫、焦爐煤氣制氫等)、電解水制氫以及新型制氫技術(生物質制氫和太陽能光催化制氫)[2-5]?，F階段應用最廣泛的制氫技術是甲烷水蒸氣重整制氫，占世界制氫總量的70%左右[6]。據估算，當天然氣價格為2元/m3時，其制氫成本為1.35元/m3，相比其他制氫技術具有明顯的價格優勢[7]。然而，利用傳統化石燃料制氫，無疑加劇能源需求壓力，還不可避免地釋放二氧化碳，與可持續發展的目標背道而馳。

電解水制氫是通過電能給水提供能量，破壞水分子的氫氧鍵來制取氫氣的方法，其工藝過程簡單、無污染，被認為是高效清潔生產超純氫氣的最有前途的途徑之一[8]。電解水過程包括陰極的析氫反應(HER)和陽極的析氧反應(OER)兩個半反應。其中，陰極HER是相對簡單的兩電子轉移過程，可在較低的電位下發生；但陽極OER過程需要經歷四電子轉移過程，動力學反應速率較低，是制約電解水制氫效率的速控步驟[9-11]。盡管電解水的理論電壓僅為1.23 V，但商業電解槽的工作電壓均在1.8 V之上。由于電費占整個電解水制氫技術費用的80%左右，因此電解水制氫技術控制成本的關鍵在于降低能耗?！?br>