“超級堿性”電解槽的由來

目前主流的電解水制氫技術路線包括堿性電解水（ALK, AWE）、質(zhì)子交換膜電解水（PEM）、陰離子交換膜電解水（AEM）以及固體氧化物電解水（SOEC）等，業(yè)內(nèi)對此已較為熟悉。關于“超級堿性”的表述雖在業(yè)界形成初步共識，但普及度尚待提高，本文旨在再次科普其由來。

傳統(tǒng)堿性電解技術常表現(xiàn)出工作電流密度低、體積大、重量重、工作負載范圍窄、變載能力差等特點，導致行業(yè)內(nèi)外普遍為其貼上了“傻大粗笨”的標簽。然而，致力于堿性電解技術研發(fā)的專業(yè)人士并未滿足于現(xiàn)狀。回溯其發(fā)展歷程可見，盡管技術演進相對緩慢，但從未停止進步。尤其自20世紀70年代末至80年代起，一系列創(chuàng)新改進已顯著提升了堿性電解技術的工作電流密度和變載能力（詳見表1），這一進程延續(xù)至今。

當前市場上多數(shù)堿性電解產(chǎn)品仍未克服固有缺陷，但已出現(xiàn)的突破性成果不應被忽視。為此，我司于2022年末至2023年初提出“超級堿性”概念（相關商標已注冊），旨在與傳統(tǒng)堿性技術明確區(qū)分。

“超級堿性”這一專業(yè)術語正被越來越多的從業(yè)者和企業(yè)官方采用。然而，大量上下游人士尚未真正理解其內(nèi)涵，也未認識到堿性電解技術遠未觸及性能天花板，更未能扭轉(zhuǎn)大眾對該技術的固有印象。這正是本文再次科普“超級堿性”的意義——希望更多人了解堿性技術的潛力，明確其完全可實現(xiàn)更優(yōu)性能。

可再生能源電力制氫的需求對電解系統(tǒng)提出了更高要求：高電流密度（小型化、輕量化及核心性能指標）、寬工作負載范圍、高動態(tài)響應能力。對此，多數(shù)人首選PEM或尚處于較低技術成熟度（TRL）的AEM。我們積極歡迎并支持新技術的發(fā)展與應用，但這并非忽視或否定堿性技術進步的理由。從電解水制氫的本質(zhì)出發(fā)，“性價比” 始終是核心評判標準（需在滿足應用場景性能需求的前提下考量合理成本）。

重申現(xiàn)階段大型單體產(chǎn)氫設備商業(yè)化初期的核心關切點：

第一層面：

安全、穩(wěn)定、長周期運行（避免重大運行事故）。

第二層面：

能耗表現(xiàn)，以及工程化建設與維護便利性。

第三層面：

其他領先效應或噱頭。

對三種主流路線的可比關鍵參數(shù)梳理如下：

超級堿性：

額定電流密度：≥8000 A/m2

工作范圍：10%~150%

變載速率：≥5%~8%/s（實際案例證明可耦合可再生能源波動）

工程驗證：40多年實際應用經(jīng)驗

產(chǎn)業(yè)鏈：成熟，具備價格空間

備注：仍有進一步技術成長空間

AEM：

額定電流密度：≥8000 A/m2

工作范圍：10%~150%

變載速率：≥5%~8%/s

工程驗證：需要進一步驗證

產(chǎn)業(yè)鏈：核心環(huán)節(jié)有欠缺，現(xiàn)階段價格偏高

備注：技術天花板尚遠

與超級堿性的本質(zhì)區(qū)別：

氫氧根離子（OH?）傳遞方式不同（可能影響液態(tài)電解質(zhì)濃度）。

PEM：

額定電流密度：≥10000~15000 A/m2

工作范圍：10%~300%（部分企業(yè)會提高額定電密、縮小范圍）

變載速率：約10%/s

壽命驗證：需進一步工程驗證

產(chǎn)業(yè)鏈：成熟，價格高于堿性但空間已打開

需強調(diào)，各技術路線均在動態(tài)發(fā)展，遠未觸及理論天花板。 低溫電解水技術的基本機理一致，優(yōu)化方向均為降低析氫/析氧過電位、減少接觸電阻、降低離子/質(zhì)子傳遞電阻等（此為電解槽層面）。對于完整的電解系統(tǒng)，除電解槽本身外，BOP（輔助系統(tǒng)）的優(yōu)化對系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行至關重要。

總而言之：

“超級堿性”是區(qū)別于傳統(tǒng)堿性電解水技術的表述，本質(zhì)是高性能的堿性液態(tài)電解質(zhì)電解技術。其展現(xiàn)的性能參數(shù)已可與當前階段的AEM和PEM媲美，且基于全方位對比，現(xiàn)階段更具性價比優(yōu)勢。未來格局將取決于各技術的持續(xù)發(fā)展和工程驗證情況。