AEM 水电解术语表

采用传导氢氧根离子（OH⁻）的膜进行电解水。因此电池单元在碱性环境下运行，这使得阳极可以使用不含铂族金属的催化剂。

第一代技术路线，使用高浓度氢氧化钾和多孔隔膜。工业应用历史最长，但在负荷跟随和差压运行方面存在限制。

采用传导质子（H⁺）的膜。电池单元在酸性环境下运行，因此阳极需要使用铱等铂族金属。

在约700 °C以上分解水蒸气。供热可降低电力需求，代价是启停处理和材料耐久性方面的难题。

两个半反应：阳极析氧，阴极析氢。析氧反应是较慢的一侧，承担了大部分动力学损失，因此催化剂研究集中在阳极。

两侧结合催化剂层的膜。它决定了电池单元的大部分性能和寿命，也是电堆维护时更换的部件。

催化剂层内的离子传导聚合物。它将催化剂颗粒与膜连接起来；用量增加可改善离子传输，但会堵塞气体排出的通道。

由电池单元串联组成的组件：电池单元、双极板、多孔传输层、密封件和端板在压紧状态下组装在一起。

位于催化剂层与双极板之间的多孔层。它负责分布电流，同时让水进入、让气体排出。在AEM电池单元中，阳极侧为镍材，阴极侧为碳基材料。

在相邻电池单元之间传导电流并形成流道的板。HydroXpand的HXS系列采用镍基金属板，端板为SUS316L。

将电堆固定在一起的夹紧压力。过小会增大接触电阻并有泄漏风险；过大会压溃多孔传输层和膜。

因此拆卸和重新组装需要设备。HXS-2是压紧组装式电堆，因此可以拆开，但重新组装必须遵循规定的压紧力和螺栓紧固顺序，并需配备液压机和专用工装。具体程序和数值见随电堆提供给客户的重新组装指南。

最常见的故障出在垫片。O形圈会从槽中翘起，MEA垫片会向内收缩，因此两者在就位后都必须推回原位。

不使用铂族金属的结构。HydroXpand的HXP-an阳极在泡沫镍上直接生长NiFe LDH，不含PGM。HXP-ca阴极使用Pt/C或PtRu/C，因此整个电池单元并非无PGM。

将催化剂颗粒涂覆到基底上，或者在基底上直接生长活性相。涂覆层初始数值可能更好；但让表面保持附着是另一个问题，它决定了电池单元能运行多久。

实际发生反应的电极面积。电池单元电流等于电流密度乘以该面积。

阅读性能数据时，应区分测试面积与产品面积：在小面积上测得的曲线不能原样套用到大面积上。HydroXpand的HXS-0在活性面积、电池单元数量和流场设计确定后按订单制造。

每平方厘米活性面积上的电流（A/cm²）。在同一电池单元中提高电流密度会增加产氢量并降低效率，因此效率数值只有与其电流密度一起看才有意义。

逐步提高电流密度时记录的电池单元电压。它展示的是整个运行范围内的性能，而不是单一点，因此它是向电堆供应商索取的第一份数据。拿到后，请确认它是在什么活性面积和电池单元配置下测得的。

保持电流恒定并观察所需电压。如果同样的产氢量开始需要更高电压，说明损失增大了，因此耐久性测试通常采用恒电流方式。

在出口压力高于环境压力的条件下运行。它可减少下游压缩，代价是气体渗透增加、密封难度加大。barg为表压，以环境压力为零点。

HXB-V1的出口压力在订购时选择0、10或35 barg，并已验证在10 barg下连续运行。控制方式为恒电流，因此压力上升时电流保持在设定值；验证中测得的电压升高低于1%。

将加压数据与常压数据并列比较时，应同时看电解液浓度。HydroXpand的加压测试在0.1 M KOH中进行，而常压长期耐久性测试使用的是0.3 M KOH。

设备能在额定负荷以下运行到多低（调节比），以及输出能以多快速度变化（爬坡速率）。对于与可再生能源耦合的装置，这些指标往往比额定容量更重要。

AEM电池单元以稀氢氧化钾溶液循环运行。循环流不只是输送离子：它还为电堆降温，并将产物气体带出。

因此不能随意提高流量。HXB-V1的4 L/min标准循环流量是为电堆冷却和阳极压力控制而设定的，而不是为了匹配耗水量；瓶颈在于内部流场和歧管截面，而不是外部管路。流量升高会增大差压，并拉大阳极与阴极之间的压差。

KOH不像水那样被消耗，因此根据状态和性能趋势进行更换，而不是按固定周期更换。

电堆周围的一切：电力转换、循环、气液分离、纯化、控制和安全。这部分的能耗正是电堆效率与系统效率数值不同的原因。

将循环电解液与产物气体分离的容器。分离不完全会加重下游纯化和干燥环节的负担。

去除氢气流中携带的水分。是否需要取决于所要求的纯度。它不属于HXB-V1的标准配置；在加装干燥器的情况下，HydroXpand在其验证条件下确认氢气纯度达到99.999%以上。

氢气的摩尔分数，以99.99%等数值表示。需要去除的是残余氧气和水分，因此所需等级决定了是否需要脱氧和干燥环节。产品级数值见各产品页面和FAQ。

以温度表示的氢气中残留水分：越低越干燥。它与纯度不同。纯度把水分、氧气和氮气一并计算，而露点只涵盖水分。在常压下，−70 °C约为2.6 ppmv，−60 °C约为10.7 ppmv。

露点随压力变化，因此需注明数值是在常压还是管线压力下。干燥器出口的露点也不等于使用点的露点，因为附着在管壁上的水分会重新释放出来。

供给电池单元的水的标准。残余离子会在膜和催化剂层中累积并导致性能下降。HydroXpand的推荐值为ASTM D1193 Type II，即25 °C下1.0 µS/cm以下，这也是技术参数表上标注的数值。该值有意设得保守；我们实际执行的上限为30 µS/cm以下。后一个数值是根据运行经验设定的界线：超过它并不意味着设备会失效，也不意味着失去保修。

将交流电源转换为电堆所需的直流电。其转换损耗直接计入系统效率。

表示产量的两种方式。1标准立方米氢气为0.0899 kg，因此以不同单位标注的规格必须先换算才能比较。

氢气所含能量除以输入的电能。选择高热值（39.4 kWh/kg）还是低热值（33.3 kWh/kg），会使同一性能看起来相差约18%。

因此未注明基准的效率无法比较。还要问清楚是电堆数值还是系统数值：两者之间的差距就是BoP的能耗。

实际产生的氢气除以假设每个电子都用于产氢时该电流应产生的氢气量。气体渗透和泄漏会使其低于100%。

它与HHV/LHV效率是不同的量：前者问电子去了哪里，后者问耗费了多少能量。测量时需根据电流计算理论产率，并与单独计量的氢气和氧气流量进行比较。

恒电流运行下单个电池单元电压上升的速度。不同电堆的电池单元数量不同，因此比较电堆电压变化并不公平，该数值按每个电池单元进行归一化。

拿到该数值时，首先确认拟合区间。各分段斜率可能不同，因此不应将全程拟合外推为未来电压。HydroXpand在耐久性说明中公开了HXS-2长期运行数据，并附有拟合区间和测试条件。

产物气体透过膜渗透到另一侧。两个方向必须分开看。安全阈值适用于氧中氢（H₂-in-O₂）；HydroXpand在长期运行中将其控制在2%以下，并建议超过该值时停机检查。氢中氧则属于纯度问题，由所需等级对应的纯化环节处理。

电堆中各电池单元电压的离散程度。平均电压会掩盖单个失效的电池单元。在HXS-2长期运行数据中，电池单元间标准差的扩大与平均值的上升是分开发生的。这一趋势比平均值更早发出预警。

单个电池单元的测试件，以及少量电池单元串联的测试件。材料和MEA筛选在单电池中进行；电池单元之间的相互作用和一致性只有在短堆中才会显现。HydroXpand的HXS-0可从单电池构建到20片。

更换已消耗的MEA、重复使用电堆硬件的维护方式。HydroXpand以翻新方式处理：电堆返厂，更换MEA，由设计和制造该电堆的工程师亲自操作。由于必须控制夹紧条件，默认不进行现场拆卸。