堿性電解
在此過程中，反應(yīng)發(fā)生在溶液（包含水和氫氧化鉀 (KOH) 液體電解質(zhì)）中的兩個(gè)電極之間。當(dāng)兩個(gè)電極獲得足夠的電壓時(shí)，陰極水分子吸收電子形成OH（氫氧根）離子和 H2（氫）分子。氫氧根離子穿透 KOH 電解質(zhì)到達(dá)陽(yáng)極，并在此處結(jié)合并釋放出額外的電子來(lái)產(chǎn)生水和 O2（氧氣）。具有微米級(jí)孔的隔膜可防止氫和氧混合。
質(zhì)子交換膜 (PEM)
在此過程中，PEM 將質(zhì)子從陽(yáng)極傳導(dǎo)到陰極，同時(shí)為電極提供電絕緣。在兩個(gè)電極之間施加電位差（電壓）時(shí)，帶負(fù)電荷的氧分子在陽(yáng)極處失去電子，從而生成質(zhì)子、電子
和氧氣。H + 離子穿過質(zhì)子傳導(dǎo)膜流向陰極，在陰極與電子結(jié)合形成 H2。PEM 僅允許帶正電的離子穿過，從而到達(dá)陰極。
堿性膜電解槽的問題
雖然使用堿性膜的系統(tǒng)成本較低，但它們?cè)诳稍偕茉磻?yīng)用中出現(xiàn)了性能問題。堿性電解槽內(nèi)隔膜上的氫氧化物支持對(duì)電流輸入響應(yīng)緩慢，限制了電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電流密度低。隔
膜的多孔結(jié)構(gòu)允許氫和氧在低密度下擴(kuò)散和混合，這限制了其工作安全范圍。堿性電解槽中使用的傳統(tǒng)電極往往具有表面積少、催化劑利用率低和相關(guān)的電壓損耗等問題。這些問題導(dǎo)致功率密度低，并且需要更大的系統(tǒng)來(lái)支撐電極。
PEM 的優(yōu)勢(shì)
在與間歇式能源結(jié)合使用時(shí)，質(zhì)子交換膜 (PEM) 水電解能夠提供更好的替代方案。過去，雖然 PEM 組件的歷史高成本限制了該系統(tǒng)在大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用中的使用，但最近的技術(shù)發(fā)展大大降低了成本，使 PEM 組件在許多新的用例中成為更可行選擇。質(zhì)子交換膜水電解槽優(yōu)勢(shì)頗多，非常適合二十一世紀(jì)制氫的需要。
質(zhì)子交換膜可以：
? 在高電流密度下工作，從而降低成本；這對(duì)于配備極為動(dòng)態(tài)的能源（例如風(fēng)能和太陽(yáng)能）的系統(tǒng)尤其如此，因?yàn)槠渲心茉摧斎氲募ぴ鰧?dǎo)致有的能源無(wú)法捕獲
? 由于采用了聚合物電解質(zhì)，即使在高壓下也能使用非常薄的膜
? 實(shí)現(xiàn)更高能效，因?yàn)槠滟|(zhì)子膜電阻損耗更低
? 氣體交叉率較低，因而氣體產(chǎn)品純度極高，這對(duì)于儲(chǔ)存安全性和直接用于燃料電池至關(guān)重要
? 可在無(wú)腐蝕性化學(xué)物質(zhì)情況下工作
質(zhì)子交換膜也可以用在較小的系統(tǒng)中，因?yàn)樗鼈冊(cè)诟吖β拭芏认逻\(yùn)行。堿性水電解的占地面積可能是 PEM水電解的十倍，對(duì)于空間有限的客戶而言，這是一個(gè)重要的考慮因素。
來(lái)源：科慕
