氢燃料电池之氢能系列研究！

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。

燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是采用燃烧（汽、柴油）或储能（蓄电池）方式－－最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放像COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述，燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的（光伏电池板、风能发电等），整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。

国内氢气成本分布：

1、我们把制氢成本分为：可再生氢成本（绿氢）、清洁氢成本（绿氢和蓝氢）、综合氢成本（绿氢、蓝氢、灰氢）； 

2、目前，各个地区的可再生制氢成本均高于工业副产制氢，更高于化石能源制氢；3、趋势上看，可再生制氢成本呈现下降趋势；工业副产和传统能源制氢受能源价格上涨影响，成本上升。

据中国氢能联盟研究院预测，到2030年，国内电解水制氢装机有望扩大至100GW以上，碱性电解槽投资成本将从2020年的2000元/KW，降低至2030年的1500元/KW。同时，得益于可再生电力成本的降低，可再生电力制氢成本有望下降至13元/公斤，在成本上充分具备与化石能源制氢竞争的能力。

不同电解水制氢方式的成本拆分：

1、根据能源转型委员会测算数据，应用电网电力制氢时，燃料成本占比约80%，固定投资占比15%，运营费用占比5%； 

2、可再生能源制氢时，燃料成本占比60-70%，固定投资占比30%，剩余为运营费用；

3、天然气制氢（CCUS，碳捕获），燃料成本占比55%（现在更高），固定投资占比30%，剩余为运营费用。

常见的氢气储存、运输方式为气态储氢、液态储氢、固态合金储氢三种方式，重点是安全、低成本提高质量储氢率。

1、根据中国氢能联盟研究院统计，目前我国主要采用20MPa气态高压储氢与集束管车运输的方式；

2、当用氢规模扩大、运输距离增长后，提高气氢运输压力或采用液氢槽车、输氢管道等运输方案才可以满足高效经济的要求；

3、氢的储运体系建设，可以借鉴天然气储运体系，结合实际的应用场景，选择合适的储运方式。

氢能产业链上下游依次为：制氢、储运、加氢、能量转换（燃料电池）、用氢；我国已经掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺；在制、储、输、加、用等全产业链规模以上工业企业超过300家，集中分布在长三角、粤港澳大湾区、京津冀等区域。

电解槽电解水制氢的核心设备

生产绿氢的核心是高效电解水制氢技术。

按照工作原理和电解质不同，电解水制氢技术分为4类：

1、碱性电解水（ALK）；

2、质子交换膜电解水（PEM）；

3、高温固体氧化物电解水（SOEC）；

4、固体聚合物阴离子交换膜电解水（AEM）。

目前国内超过95%的电解水都应用碱性电解水技术。

碱性电解水制氢的电解质为30%质量浓度KOH溶液或者26%质量浓度的NaOH溶液。 反应过程：在直流电下，水分子在阴极得到电子生成氢气和氢氧根离子，氢氧根离子在电场和氢氧侧浓度差的作用下穿过隔膜到达阳极，并且失去电子生成氧气和水。碱性电解槽主体由端压板、密封垫、极板、电极、隔膜等零部件组成。

©文章来源于Trend Bank，中泰证券研究所等

来源：锂电那些事