▲HUANJINGYUFAZHAN
119蔡昊源单向器
（深圳技术大学新材料与新能源学院，广东 深圳 518118）摘要：本文主要分析了当前国内外碱性电解水制氢技术的发展现状，通过三大领域集中解决的降低电极在反应过程中的过电位问题进行分油门拉线
析和总结。基于我国电解水发展现状，重点剖析了碱性电解水制氢技术发展的瓶颈，针对性指出了未来发展趋势。
关键词：氢能；电解水；绿能源
中图分类号：X382 文献标识码：A 文章编号：2095-672X(2020)05-0119-03
DOI:10.ki15-1369/X.2020.05.073
Principle and research progress of hydrogen production by electrolyzing water
Cai Haoyuan
(School of New Materials and New Energy,Shenzhen Technology University,Shenzhen Guangdong 518118,China)
Abstract:This article mainly analyzes the current development status of alkaline electrolytic water hydrogen production technology at home and abroad, and analyzes and summarizes the problem of reducing the overpotential of the electrode in the reaction process through three major areas.Based on the development status of China’s electrolytic water,the bottleneck of the development of alkaline electrolytic water hydrogen production technology is analyzed,and the future development trend is pointed out.
Key words:Hydrogen energy;Electrolyzed water;Green energy
推动能源结构改革，实现能源的低碳化、清洁化是我国可持续发展蔬菜包装盒
的必经之路。氢能可通过太阳能、风能和电能等清洁能源分解水获取，
唯一燃烧产物——水可以实现与氢之间的循环利用，应用前景受到学界
重视。当前，工业常用制氢方法按其原料可分为有机物分解制氢、NH 3
反应制氢、生物质制氢和水解制氢等，因此氢能供应为非间断式，波动
性小，有别于其他能源。此外，氢能的能量密度极高，在同等质量下，
氢气在燃烧过程中所释放的能量高于其他任何一种燃料所释放的能量。 表1 各燃料的热值对比表 （J·Kg -1）
干木柴
（约）1.2×107柴油 3.3×107烟煤
（约）2.9×107煤油 4.6×107无烟煤
（约）3.4×107汽油 4.6×107焦炭
电力电子电容器3.0×107氢 1.4×108酒精 3.0×107天然气/（J·m -3）（7.1-8.7）×107（资料来源：中科院电工所常春博士在“汉诺威杯”2019第四届严寒寒冷地
区太阳能空气能高效应用暨清洁供暖技术交流会上的报告[1]）
据国际可再生能源机构（IRENA）统计，全球范围内所有的氢气
制备方法中，2018年从终端产生的热值来分析，通过天然气制取氢气
的总热量占比最高，达到48%；其次是通过石油气化制取氢气，占比
30%；通过煤气化制取氢气排第三，占比18%；电解水制取氢气仅占比金属包覆垫片
4%[2]。从国内情况来看，电解水制取氢气的规模占比约为3%。但现有
多数制氢技术都会造成大量的二氧化碳排放，而电解水制取氢气技术立t梁预制
足于未来碳中性乃至负碳，且技术相对成熟。随着可再生能源尤其是太
阳能和风能的成本下降，国际上越来越关注电解水制氢。1 电解水制氢方式的基本原理
在电极两端施加足够大的电压时，水分子将在阳极发生氧化反应产
生氧气，在阴极发生还原反应产生氢气。因此，电解水反应分为：阳极
析氧反应（OER）和阴极析氢反应（HER）两个半反应。纯水作为弱电解
质，电离程度低，导电能力较差，在电解水制氢过程中通常会加入一些
容易电离的电解质以增加电解液的导电性。碱性电解质制氢效果强，且
不会腐蚀电极和电解池等设备，通常采用浓度为20%～30%的KOH 或者
NaOH 溶液作为电解质。
（1）在碱性和中性介质中：阳极反应为：2OH --2e -=H 2 O+1/2O 2↑；阴极反应为：2H 2O+2e - = 2OH -+H 2↑；总反应为：2H 2 O= 2H 2↑+O 2↑。（2）在酸性介质中：阳极反应为：2H 2 O–4e -= 4H ++O 2↑；阴极反应为：4H ++4e -=2H 2↑；总反应为：2H 2 O=2H 2↑+O 2
↑。
图1
碱式电解水示意图
图2 酸式电解水示意图
