中国能源资讯网与质子交换膜（PEM）或固体氧化物（SOEC）等水电解技术相比，碱性水电解（Alkaline Water Electrolysis, AWE）的最大优势在于其材料来源广泛且成本低廉：
– 氢析出端（阴极）可采用普通铁或镀镍钢；
– 氧析出端（阳极）则多用镍或镍合金。
电极浸没在浓度接近 6 mol·L⁻¹的氢氧化钾（KOH）溶液中。一块多孔固体隔膜夹在阳极与阴极之间，其作用是：
1. 允许 OH⁻离子在电极间迁移，维持电路导通；
2. 对溶解或气泡形式的O₂ 与H₂表现出极低渗透率，防止两种气体混合，从而兼顾安全与法拉第效率。
实际运行时，单槽电压通常维持在 1.3–2.0 V。当外加电压足够高时，阳极被极化至约 1.8–2.0 V（相对于可逆氢电极，RHE），发生析氧反应（OER）；阴极则在负电位下发生析氢反应（HER）。
阳极（OER）：
4 OH⁻ → O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ E° = 1.23 V vs. RHE
阴极（HER）：
4 H₂O + 4 e⁻ → 2 H₂ + 4 OH⁻ E° = 0 V vs. RHE
必须牢记两点：
1. 反应仅在电极/电解液/电子导体三相界面发生；
2. 根据法拉第定律，产气量与通过电路的总电荷量成正比：每流过 4 个电子，同时生成 1 个 O₂ 分子和 2 个 H₂ 分子。
电解槽结构
工业上有两种主流构型：
1. 单极（槽式）电解槽
·由 d’Arsonval 与 Renard 提出；
·结构简单、可靠性高；
·图 1 所示，每片电极独立置于一“小室罐”内，通过外部导线并联。
图1：单极碱性电解槽
2. 双极（压滤式）电解槽
·由 Latchinov 与 Schmidt 提出；
·采用“双极板-电极-隔膜”层层压紧的“滤压”结构，图2；
·欧姆损耗更低，能耗下降，装置更紧凑；
·缺点：结构复杂，需电解液循环泵及外部气-液分离器。
图2：双极碱性电解槽
运行限制与安全考量
1. 最低工作电流密度
工业装置通常需维持在额定功率的 10–20 % 以上。原因在于隔膜并非绝对气密：
– 氢、氧在电解液中均有一定溶解度；
– 根据菲克扩散定律，跨膜物质通量仅与浓度梯度有关，而与产气量无关；
– 当电流密度过低，产气量小而扩散量恒定，导致氢中氧、氧中氢浓度升高，纯度下降。
氢-氧混合物的可燃范围极宽：爆炸下限（LEL）3.9 mol %，爆炸上限（UEL）95.8 mol %。因此低负荷运行时，安全尤为关键。
2. 动态响应能力
若电流阶跃上升过快，瞬时大量析出气体，会导致“香槟效应”：电解液被气体迅速带出隔室，槽内液位骤降，甚至造成设备损坏。碱性电解槽因此更适用于稳定电源，难以完全匹配风光等波动电源。
结语
碱性水电解凭借低成本材料、成熟工艺，仍是当前大规模制氢的重要路线。然而，隔膜渗透与动态响应瓶颈限制了其灵活性。未来在隔膜材料、电解槽构型与系统控制层面的持续改进，将进一步提升其经济性及可再生能源适配能力。
