氢能凭借其高效与环保特性，被视为未来能源体系变革的关键支撑。

　　氢气的制取途径

　　当前，全球绝大多数氢气（约96%）仍依赖化石能源生产，这类制氢方式虽具短期成本效益，但伴随显著的

二氧化碳排放，不利于可持续发展。应用碳捕集技术可在一定程度上缓解排放问题，但根本解决之道在于发展低

碳乃至零碳的制氢工艺。水电解制氢技术利用电能将水直接分解为氢气和氧气，其生产过程本身接近零排放。将

这一技术与可再生能源发电相结合，能够真正实现制氢过程的全程零碳，产出完全清洁的氢气。同时，氢气本身

可作为一种高效的储能载体，有效平抑可再生能源发电的波动性，从而促进风电、光电等的大规模应用。因此，

推动水电解制氢技术发展，对我国优化能源结构、实现“双碳”目标具有重要的战略意义。

　　电解水制氢技术的介绍-碱性水电解（ALK）-阴离子交换膜水电解

　　水电解制氢技术概览

　　据预测，未来几十年全球氢能需求将大幅攀升，其中通过水电解生产的氢气占比预期将从较低水平跃升至主导地位。

目前主流的水电解技术路线主要有四种：碱性电解、质子交换膜电解、阴离子交换膜电解以及固体氧化物电解。

　　碱性电解技术

　　碱性电解是目前商业化程度最高、应用最广泛的技术路线。其采用较高浓度的碱性溶液作为电解质，工作电流密度

中等，单位能耗也处于中等水平。然而，该技术通常依赖多孔物理隔膜（如特定聚合物或陶瓷材料）来分离气体，这导

致其存在动态响应较慢、电解液腐蚀性强、系统压力与液位控制复杂以及气体互渗风险等挑战。

　　阴离子交换膜电解技术

　　为应对碱性电解的部分瓶颈，有研究提出采用致密性好、电阻低且成本相对较低的阴离子交换膜替代传统物理

隔膜。这种技术不仅能有效解决气体互渗问题，还有望降低电解液浓度并提升工作电流密度。但因其研发起步相对

较晚，技术成熟度尚待提升，特别是关键组件阴离子交换膜的长期稳定性仍需突破，以满足大规模应用需求。

　　质子交换膜电解技术

　　与碱性技术不同，质子交换膜电解采用一种具有优异化学稳定性、高质子传导率和出色气体阻隔性能的全氟

磺酸类固体电解质膜。这种膜同时起到隔绝电极气体和传递质子的作用。因此，该技术可直接使用纯水电解，避

免了碱性电解液中因二氧化碳反应生成沉淀物导致的堵塞，以及强碱液泄漏带来的环境污染风险。此外，其电解

槽采用极紧凑的零间距设计，显著降低了内部电阻，使得工作电流密度远高于碱性技术，单位能耗也相对更低。得

益于固体电解质膜优异的阻气性能和纯水体系，所产氢气纯度高、压力大，大幅减少了后续提纯和压缩的能耗。尤

为重要的是，该技术具备更快的动态响应速度和更宽的操作负荷范围，使其与波动性强的可再生能源电力系统具

有极佳的适配性。

　　固体氧化物电解技术

　　固体氧化物电解在器件结构和运行条件上与前三种技术有显著差异。它采用全固态电解槽设计，使用多孔金

属陶瓷阴极和特定的非贵金属氧化物阳极，常用电解质为特定类型的氧离子或质子导体。其显著特点是工作在高

温环境（通常超过600摄氏度），这有利于提升反应效率。然而，高温对材料在化学稳定性、热机械稳定性以及

系统密封等方面提出了严峻挑战，限制了其当前的应用推广。

　　未来展望与技术适配性

　　面向未来与可再生能源深度耦合的需求，制氢技术需要具备快速响应和灵活启停的能力，以适应可再生能

源的间歇性和波动性。在这一维度上，响应速度快的质子交换膜电解技术展现出独特的优势。其核心研究方向

聚焦于降低关键材料（如电极催化剂）用量、提升电解质膜性能、增强材料稳定性和延长系统寿命等。随着相

关材料和工艺的持续突破，这项技术有望在平衡可再生能源供需和发展绿色氢能产业中发挥核心推动作用。