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之前写了那么那么多专业文章了，发现在外交流的时候很多人还是到不了这个需求的层面，所以我们再返回去给更多的大众科普一轮基本知识，希望大家能对电解水，乃至氢能源有更多的基本认知！下面再次就电解水的技术的基本路线做一些浅层次科普！ 电解槽由两个电极(带正电的阳极和带负电的阴极)组成，它们由电解质分开，电解质是负责将化学电荷(离子)从一个电极传输到另一个电极的介质。目前存在各种各样的电解槽技术，每种技术都有自己的机遇和潜在挑战。在本科普中，将详细介绍成熟度（TPL）最高的技术，同时简要介绍较新的技术。已经在实际操作环境中得到系统验证的电解槽技术，相当于技术就绪水平(TRL)为9，包括质子交换膜(PEM)、加压碱性(ALK)和固体氧化物电解槽(SOE)。值得注意的是，虽然这些系统背后的技术在较小的规模上得到了验证，但所有三种技术必须在更大的规模上进行商业部署，才能被认为完全成熟。下表总结了这些电解槽的主要性能。 PEM电解槽由固体聚合物电解质分离的电极组成，该电解质负责将离子从阳极传输到阴极，同时物理分离产生的氢气和氧气。聚合物电解质允许对负载变化的快速响应和接近100%的调节能力。这意味着PEM电解槽可以提高和降低氢气产量，以满足不同的需求。这种灵活的需求响应使得PEM电解槽特别适合间歇性可再生能源应用，包括减少电力消耗。其紧凑的尺寸也将使PEM电解槽非常适合海上作业。PEM电解槽的工艺流程图如下图1所示，包括与整个系统相关的所有辅助部件(如冷却器和干燥器)。除了电解槽外，还需要提供输入水和电，根据需要还有冷却系统、并净化（除水）电解槽的输出气体。与PEM电解类似，ALK电解槽由两个电极组成，然而，电解质是液体形式，电极和产生的气体通过多孔隔膜(也称为分离器)进行物理分离。液体电解质通常是负责传输离子的高浓度氢氧化钾溶液。ALK电解槽是最成熟的技术，其长期稳定性使其能够在工业中用于大规模生产氢气，用于不同的最终用途。ALK电解槽提供了最简单的堆栈和系统设计，这意味着易于制造，最终是最便宜的电解技术，然而，其设计不如PEM电解槽紧凑（当然也可以尽可能的紧凑）。下图2显示了ALK电解槽的工艺流程图，包括与完整系统相关的所有辅助部件。除电解槽外，该系统还包括提供输入水并将其与氢氧化钾电解质混合，提供输入电，根据需要冷却系统以及净化电解槽输出所需的关键部件。SOEC不同于PEM和ALK电解槽，因为它们利用热量从蒸汽中制造氢。SOE电解槽堆由陶瓷和金属的混合物制成，可以处理>500°C的高温。SOEC最好放置在有废热源的地方(例如核或工业设施)，因为它可以利用这些热量来减少生产氢气的电力需求。SOEC的主要优势是，如果可以利用余热，它们的系统效率高达80-90%。也有机会捕获和利用电解产生的余热，以进一步提高效率。然而，由于涉及高温，SOEC无法快速上升和下降，因此更适合基本稳定的负荷要求。图3显示了SOEC的工作流程图，其中包括与完整系统相关的所有辅助组件。除电解槽外，该系统还包括提供输入水、提供输入电，根据需要冷却系统以及净化电解槽输出所需的关键部件。目前有少数电解槽技术正在开发中，因此不会在本科普文内进行详细探讨。不过，下面还是提供了这些技术的简短摘要，以提高看官们的认识，因为如果它们将来达到商业规模，可能会引起人们的兴趣。·阴离子交换膜(AEM)：AEM电解槽使用1mol氢氧化钾水溶液作为电解质。液体电解质只在阳极一侧循环，而阴极一侧保持干燥。因此，从阴极半电池产生的氢具有低水分含量。AEM电解槽产生高纯度的氢气，由于压力差也能阻止氧气传过。这些系统已经在相关环境中进行了演示，因此是TRL6。·无膜电解:目前正在开发一种无膜电解槽作为PEM电解槽的替代品。这使得氢气可以使用间歇性可再生电力生产，而不会降低与膜技术相关的性能。产生的混合气体立即用低温系统冷却以分离氢和氧。这些系统已经在相关环境中进行了演示，因此是TRL5。·热分解:热分解包括通过施加500~2000°C的极高温度(例如，来自集中的太阳能或核反应)来分解水。该反应是通过化学循环实现的，如氧化铈或氯化铜，在闭环过程中重复使用化学物质。面临的挑战包括产生高温热量的成本和所涉及材料的耐久性。这些系统已在实验室进行了验证，因此是TRL4。
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