2025年，綠氫產(chǎn)業(yè)全面提速。經(jīng)過(guò)2024年的推廣政策落地、示范項(xiàng)目投產(chǎn)以及制氫成本下探的多重驅(qū)動(dòng)下，整個(gè)行業(yè)步入加速放量的階段。以“小標(biāo)方、超高壓”技術(shù)路線為代表的高壓PEM電解槽迎來(lái)布局機(jī)會(huì)。

高壓PEM電解槽技術(shù)可以減少壓縮設(shè)備的投資，直接對(duì)接高壓儲(chǔ)氫罐，有效降低制氫能耗成本，產(chǎn)氫效率也非常高。但是高壓PEM電解槽技術(shù)也面臨著材料強(qiáng)度、密封設(shè)計(jì)、安全問(wèn)題等諸多挑戰(zhàn)。

高壓PEM電解槽研究如何向前突破？有一項(xiàng)研究測(cè)試非常重要。

膜電極的氣體滲透測(cè)試研究

目前，高壓PEM 電解堆已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但由于膜的吸水特性，在高壓 PEM 電解堆運(yùn)行過(guò)程中，仍存在氣體滲透問(wèn)題。

PEM電解槽在運(yùn)行過(guò)程中，陰極端的氫氣穿過(guò)PEM滲透到陽(yáng)極端，形成“氫氧互串”的問(wèn)題，當(dāng)氧中氫濃度超過(guò)限值，就可能導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸安全事故。

熱力學(xué)的“菲克定律”和“亨利定律”解釋了氣體滲透的基本理論。當(dāng)外界的壓力、溫度不同時(shí)，可以影響擴(kuò)散系數(shù)和溶解度，對(duì)氣體滲透率產(chǎn)生影響。

研究表明，氫氣由濃差極化引起的由高濃度（陰極側(cè)）向低濃度（陽(yáng)極側(cè)）擴(kuò)散，氣體滲透問(wèn)題主要受PEM厚度、溫度、電流密度等因素的影響。比如，膜電極的PEM越厚，氣體滲透問(wèn)題就越小，但PEM增厚又會(huì)增加電阻，降低電解制氫性能。

應(yīng)用高壓PEM電解槽測(cè)試臺(tái)展開(kāi)膜電極的氣體滲透問(wèn)題研究，用試驗(yàn)測(cè)量的方法，模擬電解制氫運(yùn)行時(shí)的溫度、壓力等條件，全面評(píng)估各類參數(shù)對(duì)滲透的影響，分析不同運(yùn)行電流密度下的氣體滲透行為，探索膜電極的氣體滲透機(jī)理。進(jìn)而探索開(kāi)發(fā)既能降低串氣風(fēng)險(xiǎn)、又能提升制氫性能的新型膜電極產(chǎn)品。

氧中氫/氫中氧 檢測(cè)能力

電解槽在運(yùn)行過(guò)程中，較高電流密度下，電解效率更高，水分子充分轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣，氣體滲透情況會(huì)減緩，此時(shí)氧中氫濃度處于較低水平。

然而，隨著電流密度不斷提高，電化學(xué)反應(yīng)越發(fā)劇烈，氫含量越高，導(dǎo)致溶解的過(guò)飽和度升高，反而會(huì)加劇氫氣滲透。

同理，氫氣中混入了過(guò)多的氧氣，就意味著電解反應(yīng)不完全或存在問(wèn)題。氧氣濃度超過(guò)一定的范圍時(shí)，氫氧混合氣體的燃燒性就會(huì)大大增強(qiáng)，從而使整個(gè)設(shè)備變得不安全。

一般來(lái)說(shuō)，氧氣中氫氣的含量應(yīng)小于4%VOL，以達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)實(shí)中，在2%（標(biāo)準(zhǔn)值的50%）就會(huì)有安全預(yù)警。

一邊是要合理的電流密度提升電解效率，另一邊要控制氧中氫濃度保證運(yùn)行安全，科研人員要如何科學(xué)決策呢？依據(jù)就是電解槽設(shè)備的高精度氧中氫/氫中氧檢測(cè)能力。

武漢電弛新能源有限公司研發(fā)的DC780系列PEM電解槽測(cè)試臺(tái)具備高精度氧中氫/氫中氧檢測(cè)能力，儀器應(yīng)用先進(jìn)的傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氧氣流量、氫氣流量，并提供氣相色譜分析裝置，更好地監(jiān)測(cè)氧中氫的濃度，為保證科研人員安全，助力實(shí)驗(yàn)完成。

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