目前，已知的制取氫氣方式多種多樣，包括氨分解制氫、天然氣制氫、甲醇裂解制氫、水電解制氫等，其中應用最為廣泛的就是水電解制氫。

一、水電解制氫類別

其中水電解制氫可分為堿液電解制氫和PEM純水電解制氫兩種，這兩種制氫方式的優缺點為：

（1）堿液電解制氫：該制氫技術歷史比較悠久，最早是從蘇聯學來的，后來應用到國內電廠、多晶硅、化工企業、小型實驗室色譜配套氣源等場所，設備運行可靠，造價成本低，氫氣純度一般在99.8%左右。不過氫氣中含有腐蝕性，長期運行超過5年會腐蝕各個零部件，需要每五年一大修，維修費用較高。廢棄的堿液需環保處理，并需要專門人員培訓上崗，氫氧調節需要特別注意。

（2）PEM純水電解制氫：該技術最早是由美國核潛艇的氧氣發生器原理得來的，因為采用的是質子膜電解槽，通過電解純水可物理分離高純氫氣和氧氣，目前該設備在國內應用比較廣泛，包括電廠、化工、冶金、玻璃、醫療、高端實驗室等，逐漸有取代堿液電解制氫的趨勢。且該技術設備體積較小，制取氫氣純度高，≥99.9995%，整個運行過程無污染，操作簡單，并可實現遠程無人值守。安全性能高，運行時間長，電解槽壽命一般在15年左右。

該型裝置最大特點為采用純水電解，無污染、無腐蝕，氫氣純度更高。相較傳統堿性制氫裝置，其優點包括可滿足大電流密度工作，電流密度可達1A/cm2以上；能耗低、效率高，電解制氫效率可達85%以上；制氫裝置體積小、重量輕；具有較好的寬功率波動供電適應性，可實現產氫量0~100%智能調控；裝置集成化程度高，可實現長期穩定運行，啟閉操作簡單，維護成本低。

缺點是設備成本與堿液電解制氫相比成本較貴，主要來源于鉑金催化劑，目前各個國家正在研究突破質子膜上鉑金催化劑的替代材料，未來發展可期。

二、堿性水電解制氫原理

水電解制氫裝置得到了越來越廣泛的應用，包括新能源、電力、石化、醫藥、冶金、多晶硅、氣象、航天等領域及各大氣體公司。通過電解水法制得的氫氣純度可高達99% 以上，這是工業上制備氫氣的一種重要方法。在電解氫氧化鈉（鉀）溶液時，陽極上放出氧氣，陰極上放出氫氣。

電解水制氫原理就是電解過程，借助直流電的作用，將溶解在水中的電解質分解成新物質的過程。電解水原理在一些電解質水溶液中通入直流電時，分解出的物質與原來的電解質完全沒有關系，被分解的是作為溶劑的水，原來的電解質仍然留在水中。例如硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等均屬于這類電解質。 在電解水時，由于純水的電離度很小，導電能力低，屬于典型的弱電解質，所以需要加入前述電解質，以增加溶液的導電能力，使水能夠順利地電解成為氫氣和氧氣。 氫氧化鉀等電解質不會被電解，現以氫氧化鉀為例說明：

（1）氫氧化鉀是強電解質，溶于水后即發生如下電離過程：

于是，水溶液中就產生了大量的K+ 和 OH- 。

（2）金屬離子在水溶液中的活潑性不同，可按活潑性大小順序排列如下：    K＞ Na ＞ Mg＞ Al ＞ Mn＞ Zn＞ Fe ＞Ni ＞ Sn ＞ Pb＞ H＞ Cu ＞ Hg ＞Ag ＞Au，在上面的排列中，前面的金屬比后面的活潑。

（3）在金屬活潑性順序中，越活潑的金屬越容易失去電子，否則反之。從電化學理論上看，容易得到電子 的金屬離子的電極電位高，而排在活潑性大小順序前的金屬離子，由于其電極電位低而難以得到電子變成原子。 H+ 的電極電位 =-1.71V ，而  K+ 的電極電位 =-2.66V ，所以，在水溶液中同時存在H+和 K+時， H+ 將在陰極上首先得到電子而變成氫氣，而K+ 則仍將留在溶液中。

（4）水是一種弱電解質，難以電離。而當水中溶有KOH 時，在電離的 K+ 周圍則圍繞著極性的水分子而 成為水合鉀離子，而且因 K+ 的作用使水分子有了極性方向。在直流電作用下，K+ 帶著有極性方向的水分 子一同遷向陰極這時H+ 就會首先得到電子而成為氫氣。

水的電解方程：在直流電作用于氫氧化鉀水溶液時，在陰極和陽極上分別發生下列放電反應，見下圖所示。

（1）陰極反應。電解液中的H+（水電離后產生的）受陰極的吸引而移向陰極，接受電子而析出氫氣，其放電反應為：

（2）陽極反應。 電解液中的OH- 受陽極的吸引而移向陽極， 最后放出電子而成為水和氧氣， 其放電反應為：

陰陽極合起來的總反應式為：

  所以，在以 KOH 為電解質的電解過程中，實際上是水被電解，產生氫氣和氧氣，而KOH 只起運載電荷的作用。 

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