电解水制氢之提效降本

谢文富，邵明飞，段 雪

(北京化工大学化学学院 化工资源有效利用国家重点实验室，北京 100029)

氢气作为一种质量轻、热值高、燃烧无污染的绿色清洁能源载体，已被广泛认为是未来化石燃料的最佳替代品[1]。目前，制氢技术路线主要有化石燃料制氢(如天然气重整制氢、煤炭制氢等)、工业副产品制氢(如氯碱工业制氢、焦炉煤气制氢等)、电解水制氢以及新型制氢技术(生物质制氢和太阳能光催化制氢)[2-5]。现阶段应用最广泛的制氢技术是甲烷水蒸气重整制氢，占世界制氢总量的70%左右[6]。据估算，当天然气价格为2元/m3时，其制氢成本为1.35元/m3，相比其他制氢技术具有明显的价格优势[7]。然而，利用传统化石燃料制氢，无疑加剧能源需求压力，还不可避免地释放二氧化碳，与可持续发展的目标背道而驰。

电解水制氢是通过电能给水提供能量，破坏水分子的氢氧键来制取氢气的方法，其工艺过程简单、无污染，被认为是高效清洁生产超纯氢气的最有前途的途径之一[8]。电解水过程包括阴极的析氢反应(HER)和阳极的析氧反应(OER)两个半反应。其中，阴极HER是相对简单的两电子转移过程，可在较低的电位下发生；但阳极OER过程需要经历四电子转移过程，动力学反应速率较低，是制约电解水制氢效率的速控步骤[9-11]。尽管电解水的理论电压仅为1.23 V，但商业电解槽的工作电压均在1.8 V之上。由于电费占整个电解水制氢技术费用的80%左右，因此电解水制氢技术控制成本的关键在于降低能耗。……