氢能知识科普：国内外电解水制氢发展史

氢能之家 2024-02-22

1783年法国物理学家夏尔锂提出用硫酸和铁作用制取氢气。同年，拉瓦锡设计了成本低廉的水蒸气通过灼红的枪桶制取氢气。

1800年，Nichoson和Carlisle首先以电解法提取了氢气和氧气。

Paets van Troostwijk和Deimann已经演示了用静电发生器分解水。然而，只有在1800年Volta创造的第一个强大的电池，也就是伏打柱，才有可能以一种有针对性的方式使用电解。

1820年，法拉第在他1834年才发表的科学著作中，首次提到了电解水的原理。

1888年，俄国的拉奇诺夫取得第一台单极性电解槽的专利。

二十世纪开始，德国的Garuti和Schuc Kert提出第一台实用性的单极性电解槽的设计，德国的Schmidt-Oerikon 提出第一台双极性电解槽设计。

1900年，施密特发明了第一台工业电解槽。仅仅两年后，就有400台电解设备投入使用，主要用于氨生产。由于对氨的高需求，电解在1920年至1930年间蓬勃发展。在加拿大和挪威建立了装机容量为100兆瓦的工厂，主要使用水力发电作为动力源。

1924年，Noeggenrath获得了第一台压力电解槽的专利，其压力电解槽可达100 bar。

1925年，雷尼的发现对电解技术的进一步发展具有重要意义。他检测了电极中催化剂的活性，并使用了细粒镍。通过将金属镍和金属硅结合起来，然后用氢氧化钠浸出硅，它能够创造一个巨大的活性催化剂表面。

1927年，世界第一台大型压滤式电解槽装置在挪威的诺托登(Notodden)安装，由海德鲁公司(Norsk Hydro)制造，当时的产氢量规模是10000m3/h，生产的纯氢用于化肥生产试验，这是NEL Hydrogen的前身。这一技术到1965年发展到90000m3/h。

1927年，一项专利描述了铝作为硅的替代品。镍基电极仍然是碱性电解(AEL)的基本催化剂。

1939年，世界第一台大型箱式电解槽在加拿大安装，产量规模为17000m3/h；

1948年，E.A. Zdansky推出了第一台高压工业电解槽，他把电解槽的操作压力提高到30kg/m3，并由Lurgi公司进行制造。。由于系统的效率受工作温度的强烈影响，抗腐蚀材料被开发出来，并于1950年在120°C的AEL环境中成功地进行了测试。

1951年，Lurgi使用了Lonza的技术，并首次设计了30 bar的压力电解槽(StatOilHydro)。

在Winsel和Justi于1954年提交了他们的Raney镍专利后，Raney镍在1957年被认可用于碱性电解槽(AEL)。

雷尼镍被一种据说可以提高导电性和机械稳定性的金属基体包围着。新的Raney镍催化剂降低了过电压，并将工作温度降低到80°C。

1958年，产氢量为5000Nm3/h的压力电解槽在秘鲁的库斯科安装。

1960年和1977年，埃及分别安装了41000m3/h和21600m3/h压滤式电解槽生产装置。

1967年， Costa和Grimes提出了电极排列的零间隙几何结构，目的是通过减小两个电极之间的距离来降低电池电阻。

1962年，杜邦公司改良了质子膜，于20世纪80年代推出民用PEM氢气发生器。

1988年， NEL在全球最早推出非石棉隔膜电解槽。

1996年以来，美国的Proton OnSite公司开始与联合技术航空航天系统合作，为航空航天和海军开发和制造质子交换膜电解槽，成为全球PEM电解槽行业的龙头。

2001年，NHEL（NEL前身）的第一个加压电解槽推出市场。

2017年，挪威Nel收购美国Proton OnSite获取领先的PEM电解技术，成为世界上最大的电解槽公司；同年，康明斯完成收购Hydrogenics水吉能。

国内发展史

我国电解槽最早的生产技术也是50年代初期从前苏联引进到北京电子管厂的常压电解槽，当时承接这一基础制造的是东北地区的企业——哈尔滨联合机械厂（行业内简称“哈机联”），哈机联推出的常压电解槽DY-24、DY-75、DY-125等型号一度应用于我国工业生产特别是电子、化工厂。当时，广州重型机械厂和上海重型机械厂参与了电解槽的技术“会战”。

第二次技术引进的浪潮上世纪80年代，我国冶金行业和电子行业也在这一时期采购了一些进口的电解水设备，分别从德国和美国进口了一部分产品。

1965年，毕业于天津大学燃料化学工学专业的许俊明开始从事水电解制氧工艺研究及设备设计研制工作，任水电解制氧装置课题组长，1976年-1978年，因为我国核潜艇员需要呼吸氧气，许俊明的课题组开发出中压电解槽，并获中国船舶工业公司科技进步三等奖、河北省科技进步二等奖、加压水电解制氢（氧）系列产品已列入1990年国家级火炬项目计划。

90年代初期，各阶层对中国的市场经济出现了较大的分歧，身处军工企业的718所也不例外，所里电解槽业务的红火同样遭遇了分歧，有人质疑科研院所的定位，此时，正值邓小平南巡，718副总工程师许俊明坚定走市场化路线，就在1992年的7月18日带领18个中国电解槽工程师南下苏州，在当时的地方官员张碧航（现在竞立的董事长）支持下成立了苏州苏氢设备公司，后来改为苏州竞立。

1994年，因为从北方到苏州的一些工程师不适应苏州的气候环境和文化环境，苏氢一分为二，一部分人留在了苏州，而另一部分人则跟随许俊明返回北方，落地天津——成立天津市大陆制氢设备有限公司。

至此，由718所在1992年的7月18日18个工程师南下的“718大裂变“就形成了我国加压碱性电解槽行业三足鼎立的格局。

进入90年代，加压电解槽已经做到单槽100Nm3以上，电解槽规格覆盖80Nm3，100Nm3、120Nm3、125Nm3、200Nm3，至此，第一批苏联引进的常压电解槽企业基本上已经退出市场，进口设备也基本上被国产设备所替代。

1984年，由电子工业部第十研究院编著的《氢气生产与纯化》一书中提到了多种制氢方法，其中电解水重点介绍了碱性电解槽，也提到了与PEM燃料电池逆反应的固体聚合物电解质电解槽（SPE）。

济南市化工院的刘青蓝教授自1988年开始研究PEM电解水技术，并在济南设立了公司探索产业化，不过，直到刘教授夫妇到退休年龄他们经营的PEM电解设备也没有盈利。

1992年，我国制造的加压电解槽开始通过包钢、杭氧等企业在苏州推出成套出口，我国加压电解槽设备走向了国际市场。

2007年，在地方政府的推荐下，当地医药器械公司赛克赛斯接手该项技术，并已经开发了四代该技术的氢气发生器产品，公司产品在行业中获得了 BCEIA金奖，欧洲CE认证，出口美国，英国，韩国，日本等20多个国家，目前PEM电解槽已经升级到MW级能源产品。

2018年12月，赛克赛斯首台兆瓦级50m3/h大型纯水电解制氢设备中标佛山市蓝箭电子股份有限公司项目，进入半导体行业；2020年9月，公司承担的国家重点研发计划重点专项“MW级固体聚合物电解质电解水制氢技术”项目完成中期验收，2021年6月首台套兆瓦级PEM制氢系统开机运行。

2021年，大连物化所与阳光电源合作联合开发250kW（50标方）PEM电解槽，目前，该项目已经开始在鄂尔多斯市伊金霍洛旗展开示范应用。

2021年12月9日，由中国石化资本公司发起设立的恩泽基金与康明斯按50：50比例共同出资并于中国境内设立合资公司——康明斯恩泽(广东)氢能源科技有限公司。合资公司将康明斯领先的质子交换膜(PEM)电解水制氢技术在中国进行本地化生产。

本文内容来源于：氢能之家，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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