前言
水電解制造氫氣是一種成熟的工業制造氫氣的方法(也稱為電解水制氫)。其生產歷史已有100余年。水電解的歷史可追溯到第一次工業革命。1800 年，Nicholson和Carlisle發現了水的電解。1902年，世界上已建成400多個工業電解池。
水電解制氫氣技術具有產品純度高、無污染和操作簡便的特點，其效率一般在75%～85%，每立方米氫氣電耗為4～5kW·h左右，這使得電費占整個水電解制造氫氣生產費用的80%左右，水電解制氫的電能消耗較高，所以目前利用水電解制造氫氣的產量僅占總產量的約4%，使得水電解制氫競爭力不高。不過，目前正大力推進可再生能源，對于水力資源、風力資源、太陽能資源豐富的地區，將不能上網的電用來水電解制氫氣，實現“儲能”的目的，對于大量的“棄風”、“棄水”而產生的“棄電”是發展電解水制造氫氣的有利條件，對能源、環境與經濟都具有現實意義。
國內范圍來看，化石能源重整制氫（包括煤制氫、天然氣制氫等）是目前氫氣最主要的來源，占比達到97%。電解水制氫方面，規模占比約為3%。可以看出無論是國內還是國外，電解水制氫都只占極低的比例，那么未來為什么要發展電解水制氫？
根本原因在于現有成熟的制氫技術會造成大量的二氧化碳排放，就如蒸汽甲烷轉化(SMR)技術，盡管在氨/尿素裝置中，來自蒸汽甲烷重整的濃縮二氧化碳流（每年約13MtCO2）被捕獲并用于尿素肥料的生產，但仍有大部分二氧化碳排被放到大氣中。而其他技術如生物制氫、光電化學制氫、光生物制氫仍需大量研發努力。
電解水制氫技術立足于未來碳中和甚至負碳，技術相對成熟，被各界寄予厚望。電解水的設備—電解槽，由于其模塊化特性，非常適合氫氣的集中式生產，同時PEM制氫尤其適合與光伏、風能等可再生能源聯合使用。隨著可再生能源尤其是太陽能和風能的成本下降，國際上越來越關注可再生能源電解水制氫。
目前中國能源結構正逐漸從傳統化石能源為主轉向以可再生能源為主的多元格局，國家發展和改革委員會與國家能源局聯合發文，支持探索可再生能源富余電力轉化為熱能、冷能、氫能，實現可再生能源多途徑就近高效利用。根據中國氫能源及燃料電池產業創新戰略聯盟預測，到2050年之后，70%氫氣將來源于可再生能源，可以看出可再生能源電解水制氫未來將成為主流。
水電解制氫的基本原理
水電解制氫是燃料電池氫氣和氧氣進行氧化一還原反應的逆反應。通過電能給水提供能量，破壞水分子的氫氧鍵即可獲得氫氣和氧氣。水電解是在陰極上發生還原反應析出氫氣和在陽極上發生氧化反應析出氧氣的反應。
電解質
水溶液的導電是由于溶液中帶電的離子在電場中移動的結果，其電導率(電阻率的倒數)即溶液傳導電流的能力的大小與水溶液中的離子濃度有關。
純水是很弱的電解質，它導電能力很差。一般蒸餾水的電導率是1×10-5~1×10-6(Ω.cm)-1
純水電導率是1×10-6~1×10-7(Ω.cm)-1。水的電導率（或電阻率）與溫度有關。當溫度升高時，其電阻率降低，反之則升高。水電解時，電解質的選擇十分重要，需綜合考慮水溶液的電導率、穩定性、腐蝕性及經濟性等因素。目前水電解制氫一般都采用堿性水溶液作電解質。常用的堿性電解質有氫氧化鉀（KOH)、氫氧化鈉(NaOH）水溶液。水分子放電析出氫及OH-離子。NA+或K+離子在電解液的濃度下，其析出電位要比氫析出電位負得多，因此陰極上H+先放電，析出氫；在陽極上因為沒有別的負離子存在，因此OH-離子先放電析出氧。1摩爾水電解得到1摩爾氫氣和0.5摩爾氧氣。
水電解時的反應式，根據電解液的性質不同而有所不同。
堿性水溶液的電解過程電極上的反應主要為：
陽極反應
陰極反應
總反應
電解定律
眾所周知的法拉第定律指出：電解時，在電極上析出物質的數量與通過電解質溶液的電流強度和通電時間成正比，即與通過溶液的電量成正比。可表達為：
式中—化學反應生成物的質量，g；
Ke—比例系數，稱為電化當量；Ke=M/nF
M—物質的分子量，g/mol；
n—電極反應中電子得失的數目；
F—法拉第常數，每摩爾電子所攜帶的電量，F=96500C/mol=26.8A.h/mol；
I—電流，A；
t—通電時間，h。
水電解制氫技術工藝流程
如圖所示，在電解槽中經過電解產生的氫氣或氧氣連同堿液分別進入氫氣或氧氣分離器。在分離器中經氣液分離后得到的堿液，經冷卻器冷卻，再經堿液過濾器過濾，除去堿液中因冷卻而析出的固體雜質，然后返回電解槽繼續進行電解。電解出來的氫氣或氧氣經氣體分離器分離、氣體冷卻器冷卻降溫，再經捕滴器除去夾帶的水分，進行純化或輸送到使用場所。
