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一般来说，电解槽是一种利用电能进行分离、分解和转化物质或分子（氧化还原反应）的装置。在水电解槽中，水分子 (H₂O) 被转换为氢分子 (H₂) 和氧分子 (O₂）。

实际反应在电压约为 1.4 V 的电化学电池中进行。出于实用性的考虑，这些电池（电气串联）可以堆叠成堆。围绕机电电池的所有周边设备都属于“辅助设备 (Balance of Plant) ”的范畴。

辅助设备 (Balance of Plant) 是一个通常与能源技术相关的术语。它指的是除发电装置或转换装置本身以外，能量转换所需的所有辅助组件和系统。

对于电解槽而言，辅助设备涵盖能源管理（变压器、逆变器、电源控制器等）、流体与气体管理（水调节、流体与气体相分离、气体干燥、气体压缩）以及热管理（电力电子设备、堆栈和冷凝干燥的冷却系统）。

燃料电池由两个电极组成——阳极（氢气侧）和阴极（空气侧）。两个电极之间由电解质隔开。在 PEM 燃料电池中，这是一种半透膜，只对质子具有渗透性。

氢气被输送到阳极。随后，在催化剂（通常为铂）的帮助下，质子和电子被分离。质子随后通过膜迁移到阴极。电子通过电气设备流向阴极，从而提供电能。在阴极，质子和电极与周围空气中的氧气结合生成水。

“电化学电池”一词是不同类型电池的总称，如电解池、蓄电池、电池或原电池。这类电池有时是可逆的，如蓄电池。它们可以充电和放电——这意味着它们可以将电能转化为化学能，并以电能的形式再次释放出来。此外，某些类型的电解池还可以作为燃料电池运行。这意味着氢气和氧气转化为水会释放出电能和热量。

电解池和燃料电池由双极板、电极组成，根据技术不同，可能还包括气体扩散层 (GDL) 和膜。当使用“质子/阴离子交换膜”(PEM/AEM) 时，这些膜常常直接与电极相连，被称为“膜交换组件”(MEA)。

膜电极组件 (MEA) 可以有多种理解方式。在某些情况下，它仅指涂有催化剂层的膜（一侧用于阴极反应；另一侧用于阳极反应）。然而，通常情况下，气体扩散层也会被包括在内，因为它们也必须具有导电性。

根据不同的技术，膜由不同的聚合物或陶瓷材料构成，这些材料能够选择性地传输质子、阴离子（例如，氢氧根离子 = OH）或氧气。气体扩散层的作用是尽可能均匀地输送产生的气体（电解过程），特别是使用的气体（燃料电池），使其远离或朝向反应区域（催化剂层）。这些气体通过双极板中的通道进出电化学电池。

安装在多电池或堆栈结构中的双极板主要负责将一个电池的阳极与相邻电池的阴极进行物理和电气连接。燃料电池中的双极板还负责将反应气体引导至反应区域。为此，在板的两侧铣制或压制出流体轮廓（流场），让氢气在一侧流动，空气则在另一侧供应。

双极板由单个燃料电池的两极组成：载氢阳极板（负 (-) 极）和供应反应空气的阴极板（正 (+) 极）。双极板还能调节水蒸气的去除以及热能和电能的输出。在电解池中，它们主要用于冷却电解槽，向阳极侧提供反应气体，以及去除反应中产生的氢气和气体。

在电解和燃料电池技术中，堆栈是串联连接的电化学电池堆，包括外壳/框架/夹紧元件。根据 P=U*I 的公式，串联连接可以在相同功耗的情况下提高供电电压并降低电流。除此之外，在堆栈中进行串联还简化了系统的整体设计。

气态氢经高压压缩后可储存在储罐中。例如，在运输领域，商用车的压力水平为 350 巴，小汽车为 700 巴。在 700 巴时，密度大约为 40 kg/m³（350 巴时为 24 kg/m³）。高压蓄能器为少量储存提供了低成本解决方案，因此主要用于小汽车和商用车等移动应用。
目前市场上有四种不同类型的压力容器：

• 第 1 类：压力容器仅包括金属壁（通常为钢）。标称压力在 200 巴范围内。
• 第 2 类：除金属壁外，压力容器还有一个由树脂浸渍玻璃或碳纤维制成的护套，标称压力最高可达 1000 巴。
• 第 3 类：储罐有一层金属衬里（通常是铝材质），并且整个储罐外围包裹着一层碳纤维护套。标称压力一般为 350 或 700 巴。
• 第 4 类：蓄能器有一层塑料衬里（通常是聚酰胺或聚乙烯），而护套通常采用碳纤维，这与第 3 类容器相似。标称压力一般为 350、500 或 700 巴。

与气态氢储存相比，液态氢作为燃料在能量密度方面具有优势 (71 kg/m³)。储罐内的压力也可以保持在低水平。这一点对储罐系统在以下方面很有利：储罐重量、空间需求、成本（尤其是对于较大的存储体积）和安全性。

然而，生产低温氢气 (-253 °C) 的成本不容忽视。如果没有持续冷却，氢气也会发热。这会导致储罐内压力增加。从而造成“沸腾”损失。换言之，气态氢会流入环境中。

氢气发动机是一种以气态氢代替液体燃料（如柴油和汽油）运行的气体发动机。有一种纯氢发动机，以纯氢气为驱动力。还有一种双燃料氢气发动机，由氢气和其他气体（如甲烷和天然气）混合燃料驱动。

氢气发动机被认为是燃料电池的替代品，因为现有的内燃机可以通过相对较少的技术工作进行改造。然而，研究表明，随着燃料电池的普及，成本优势将大大降低。此外，氢气发动机还面临着效率低下、维护需求升高以及标签并非完全碳中和等问题。

“燃料电池电动车”(FCEV) 完全由电动机提供动力，与之相同的还有“电池电动汽车”(BEV）。

与 BEV 不同的是，它所需的电能并不是由大型驱动电池（称为牵引电池）提供。相反，它是通过将替代能源的化学能转换为电能来提供的，而这种转换需要使用燃料电池。

目前，燃料电池尚未设计成像内燃机那样能快速且持久地应对负荷变化。因此，安装了一个（小型）驱动电池，在负荷低时充电，并在负荷高时提供额外动力。这样，当 FCEV 在行驶时，燃料电池就能以相对恒定的负载运行。

燃料电池发电厂 (FCPP)，热电联产 (CHP) 以及和燃料电池热电联产厂 (FC-CHPPP) 其整体效率之高令人印象深刻。根据所使用的燃料电池技术，目前的电效率约为 30-60%。由于电力和热量直接由机电反应产生，无需任何进一步的转换步骤，因此总体效率可达 95% 以上。

迄今为止，燃料电池发电厂的功率范围主要在 10 kw 至 3 MW 之间。然而，近年来，在较低功率范围内的发展越来越多地倾向于微纳米燃料电池热电联产厂系统，这类系统适用于独栋和半独栋住宅，其电力输出为 0.3-1.5 kW，热输出为 0.6-2.0 kW。在高功率范围内，发电厂的功率已达到约 80 MW，在未来几年内，将通过模块化设计进一步提高功率。

Power-to-X（也称 PtX 或 P2X）是指利用可变可再生能源的电力盈余来辅助各种技术。例如，这些盈余可以直接储存在电池中（电转电）、转换为热能（电转热）或用于生产化学能源（电转气、电转液体）。

如果盈余电力被用来生产化学能源，通常还会进一步细分（例如，电转氢、电转合成气、电转氨、电转燃料等）。

氨（NH3）是氮和氢的化合物，在标准环境下呈现气态。自 Justus Liebig（约 1840 年）研制出氮肥以来，氮肥一直是最重要的基础化学品之一。但直到 1913 年左右，Haber-Bosch 工艺在路德维希港的 BASF 被用于工业规模，年产量才得到巨幅增加。今天，氨是产量最大的化学品之一（2021 年产量为 1.465 亿吨，其中 80% 用于生产化肥），也是所有其他氮化合物生产的基础。

鉴于氢经济的可持续发展不断推进，预计氨的年产量将进一步增加。原因：它比纯氢更适合运输和储存。

由于氨的沸点为 -33°C，相比氢（沸点为 -252°C），液化氨要容易和便宜得多。与氢气相比，氨气的体积能量值更高（3.2 kWh/l 对比 2.8 kWh/l），这一点也非常重要，尤其是在物流运输方面。