目前，已知的制取氢气方式多种多样，包括氨分解制氢、天然气制氢、甲醇裂解制氢、水电解制氢等，其中应用最为广泛的就是水电解制氢。

一、水电解制氢类别

其中水电解制氢可分为碱液电解制氢和PEM纯水电解制氢两种，这两种制氢方式的优缺点为：

（1）碱液电解制氢：该制氢技术历史比较悠久，最早是从苏联学来的，后来应用到国内电厂、多晶硅、化工企业、小型实验室色谱配套气源等场所，设备运行可靠，造价成本低，氢气纯度一般在99.8%左右。不过氢气中含有腐蚀性，长期运行超过5年会腐蚀各个零部件，需要每五年一大修，维修费用较高。废弃的碱液需环保处理，并需要专门人员培训上岗，氢氧调节需要特别注意。

（2）PEM纯水电解制氢：该技术最早是由美国核潜艇的氧气发生器原理得来的，因为采用的是质子膜电解槽，通过电解纯水可物理分离高纯氢气和氧气，目前该设备在国内应用比较广泛，包括电厂、化工、冶金、玻璃、医疗、高端实验室等，逐渐有取代碱液电解制氢的趋势。且该技术设备体积较小，制取氢气纯度高，≥99.9995%，整个运行过程无污染，操作简单，并可实现远程无人值守。安全性能高，运行时间长，电解槽寿命一般在15年左右。

该型装置最大特点为采用纯水电解，无污染、无腐蚀，氢气纯度更高。相较传统碱性制氢装置，其优点包括可满足大电流密度工作，电流密度可达1A/cm2以上；能耗低、效率高，电解制氢效率可达85%以上；制氢装置体积小、重量轻；具有较好的宽功率波动供电适应性，可实现产氢量0~100%智能调控；装置集成化程度高，可实现长期稳定运行，启闭操作简单，维护成本低。

缺点是设备成本与碱液电解制氢相比成本较贵，主要来源于铂金催化剂，目前各个国家正在研究突破质子膜上铂金催化剂的替代材料，未来发展可期。

二、碱性水电解制氢原理

水电解制氢装置得到了越来越广泛的应用，包括新能源、电力、石化、医药、冶金、多晶硅、气象、航天等领域及各大气体公司。通过电解水法制得的氢气纯度可高达99% 以上，这是工业上制备氢气的一种重要方法。在电解氢氧化钠（钾）溶液时，阳极上放出氧气，阴极上放出氢气。

电解水制氢原理就是电解过程，借助直流电的作用，将溶解在水中的电解质分解成新物质的过程。电解水原理在一些电解质水溶液中通入直流电时，分解出的物质与原来的电解质完全没有关系，被分解的是作为溶剂的水，原来的电解质仍然留在水中。例如硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等均属于这类电解质。 在电解水时，由于纯水的电离度很小，导电能力低，属于典型的弱电解质，所以需要加入前述电解质，以增加溶液的导电能力，使水能够顺利地电解成为氢气和氧气。 氢氧化钾等电解质不会被电解，现以氢氧化钾为例说明：

（1）氢氧化钾是强电解质，溶于水后即发生如下电离过程：

于是，水溶液中就产生了大量的K+ 和 OH- 。

（2）金属离子在水溶液中的活泼性不同，可按活泼性大小顺序排列如下：    K＞ Na ＞ Mg＞ Al ＞ Mn＞ Zn＞ Fe ＞Ni ＞ Sn ＞ Pb＞ H＞ Cu ＞ Hg ＞Ag ＞Au，在上面的排列中，前面的金属比后面的活泼。

（3）在金属活泼性顺序中，越活泼的金属越容易失去电子，否则反之。从电化学理论上看，容易得到电子 的金属离子的电极电位高，而排在活泼性大小顺序前的金属离子，由于其电极电位低而难以得到电子变成原子。 H+ 的电极电位 =-1.71V ，而  K+ 的电极电位 =-2.66V ，所以，在水溶液中同时存在H+和 K+时， H+ 将在阴极上首先得到电子而变成氢气，而K+ 则仍将留在溶液中。

（4）水是一种弱电解质，难以电离。而当水中溶有KOH 时，在电离的 K+ 周围则围绕着极性的水分子而 成为水合钾离子，而且因 K+ 的作用使水分子有了极性方向。在直流电作用下，K+ 带着有极性方向的水分 子一同迁向阴极这时H+ 就会首先得到电子而成为氢气。

水的电解方程：在直流电作用于氢氧化钾水溶液时，在阴极和阳极上分别发生下列放电反应，见下图所示。

（1）阴极反应。电解液中的H+（水电离后产生的）受阴极的吸引而移向阴极，接受电子而析出氢气，其放电反应为：

（2）阳极反应。 电解液中的OH- 受阳极的吸引而移向阳极， 最后放出电子而成为水和氧气， 其放电反应为：

阴阳极合起来的总反应式为：

  所以，在以 KOH 为电解质的电解过程中，实际上是水被电解，产生氢气和氧气，而KOH 只起运载电荷的作用。 

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