单极槽式电解槽配有特殊穿孔镍板机式

图 1：典型的槽式电解槽

此外，还有瑞士的Krebs&Co.、意大利的(Soc.per I', et Milan)、英国的-、加拿大、意大利的SIRI()以及美国的Comp.。 还引入了其他单极结构。

& AG（槽式电解槽）、 Power （所谓电解槽）、（）、BAMAG（系统）、IGAG（带前电极的电解槽）和（电解槽）生产的双极电解槽，后四种电解槽均采用压滤设计。 电解槽顶部配有特殊的穿孔镍板，以便更好地处理泡沫。 下图2所示为电解槽（300~1100A/m2，功耗4.25-6.5kWh/Nm3H2）。 挪威的 Norsk Hydro AS 也采用了这项技术。

图2：该公司生产的电解槽。

基于20世纪前三十年取得的积极经验，只要有大量低成本电力供应，电解制氢将成为最具吸引力的替代方案之一。 20世纪上半叶末，水电解槽工业市场由三个公司主导：（后来的瑞士Brown & Cie）、Norsk Hydro（挪威）和CM&S（后来的加拿大）。 下表 1 提供了 20 世纪用于大规模制氢的主要碱性电解槽的技术比较。

表1：各技术路线电解槽参数对比

() 早在 1899 年就在压滤机配置中推出了第一台采用双极技术的电解槽（参见下图 3）。

图 3：施密特的压滤电解槽

该电解槽于 20 世纪初由瑞士公司 ( ) 以 - (-) 品牌进行商业化。 1967 年，与 Brown & Cie 成立了一家合资企业，保留了 BBC 名称。 该系统的最大亮点是为埃及阿斯旺的KIMA化肥厂安装了世界上最大的电解装置之一。 从1973年到1980年底，分三期扩建共建造了144个-70模块，额定产氢能力为32/h（相当于162MW输入功率）。 它们取代了旧的德马格系列。

每个电解槽均设计为框架结构，带有称为载体电极的双极板。 电极（穿孔金属板，安装在双极板前面一定距离）、石棉编织隔膜、框架密封垫片、电解液分配系统（每个框架都有单独的外部管道）和气体出口系统（同样，单独的管道），通向位于电解槽顶部的气体分离器。 强制电解液循环系统通过集管将碱性溶液注入半电池的每个电池框架中。 阳极由镀镍钢制成，阴极由普通钢制成，可以提供或不提供活化表面（表面可以有催化层，也可以没有）。 上表1列出了这些电解槽的典型性能数据。

BBC公司生产各种规格的电解槽。 最小的电解槽的额定产氢率为5 Nm3/h。 最大的装置为EBK-385-80型，由80个电解槽组成，产氢能力为/h，工作电流和电压分别为9000A和164V。 整体尺寸为4.9m（高）×3.2m（宽）×7.1m（长），重量（填充25%KOH时）约为66吨。 完整的系统由带控制装置的变压器整流器单元、电解模块本身、气体处理单元（洗涤、冷却、干燥）以及气体压缩和存储组成。

挪威的Norsk Hydro公司（现NEL公司）成立于1905年左右，旨在利用挪威现有的水力发电，通过电解工艺生产氢气，生产用作肥料的硝酸铵。 自 1928 年以来，第一座大型电解厂作为氨生产氢源已在（挪威）投入运行，最终装机容量约为 27,900 Nm3/h，或约 165 MW 装机氢气容量，见下表 2 。

表2：20世纪大型碱性制氢项目

除了氢气生产外，重水生产也成为 Norsk Hydro 在 1930 年代的重点，经过必要的技术设施扩建，公斤级氧化氘 (D2O) 生产于 1934 年开始。 15 年后，即 1949 年，第二个大型装置开始在格洛姆峡湾（挪威）生产氢气，见下图 4。

图 4：Norsk Hydro 位于挪威的 135MW 碱性电解厂。

20世纪60年代初，挪威水电公司的电解装置安装达到顶峰，氢气总产能达到100/h。 在随后的几年中，利用碳氢化合物生产氢气成为主流，但在 20 世纪 80 年代初，氢气产量仍约为 55,000/h。 挪威的制氢厂于20世纪70年代退役，挪威的制氢厂于1991年退役。

与大多数其他制造商一样，Norsk Hydro 的过滤器设计为两级压滤式，其横截面如下图 5 所示。

图 5：Norsk Hydro 电解槽剖面图

尽管最初的电解槽设计是在 20 年代开发的，但至今仍在使用，基本没有变化。 双极板是一块普通的圆形低碳钢板（称为“主电极”），带有用于电解液和气体导管的孔。 双极板两侧有用铆钉或螺钉固定的孔板（称为“前电极”），作为电极。 这些电极在阳极和阴极两侧均经过特殊电镀和活化（催化层），以降低电池电压。 必要时，所有金属部件都镀上一层镍以防止腐蚀。 隔膜原为石棉编织布，用镍丝加固（固定），厚度为2mm。 密封垫片采用特种合成橡胶制成。 电极的有效面积约为2.1平方米。 在给定的设计电流密度为1700A/m2时，每个电解槽的总负载为3600A，标称槽电压为1.75V，温度为80℃，使用25%KOH碱性水。 电堆内氢气和氧气的纯度分别为99.8%~99.9%和99.3%~99.7%。 电解池的使用寿命主要取决于电极的电化学活性。 在使用新涂层电极的初期，电池电压约为1.65 V。然而，由于活性丧失，电池电压在第一年内增加至约1.75 V，并在约4年后逐渐接近1.80 V。 因此，在经济上有必要定期更新电极活性层（将整个电池堆电极移除并重新涂覆和修改）以提高能源效率（降低功耗）。 但据悉，隔膜等部件的技术寿命超过20年，且在25%KOH、80℃的运行条件下，腐蚀问题并不严重。

典型的电解槽约有235个单池，产氢能力为/h。 电解槽充满电解液时的重量约为59吨（包括端架和拉杆）。 单堆长约11m，高约2.5m。 在电解槽出口处，上部气体电解管终止于电解槽前部的两个气体分离器。 对于大规模制氢，电解槽采用串联/并联的电气连接方式，但这里不讨论设备设计的细节。

1906 年，加拿大联合采矿和冶炼公司 (CM&S) 成立，并于 1966 年更名。位于加拿大不列颠哥伦比亚省特雷尔的 CM&S 工厂建于 1939 年，生产氢气，用于合成冶金操作中的氨和氧气。 电力来自库特尼河上的西库特尼发电厂。 电压为60KV。 降压至830V和670V，然后整流供电解槽使用。 电解装置由 3,233 个单极设计的隔膜电解槽组成，分为 9 个电池组，每个电池组约有 330 个单体电池。 氢气总产能为36吨/天（16,700 Nm3/h），整个工厂的电力输入为78MW，包括重水生产部分。 CM&S 开发和制造的单极电池被称为 Trail Tank 电池。 每个电解槽尺寸为 4 英尺 x 5 英尺 x 4 英尺（约 122 x 154 x 122 立方厘米），包含 15 个电解板，面积约 42 平方英寸（约 271 平方厘米），浸泡在 24%-25% 的钾中氢氧化物电解质。 电解槽由钢制成，带有混凝土盖。 每个电解池由铁阳极和镀镍铁阴极组成，并由石棉隔板隔开。 在2V和70°C时，电流可达10kA，相当于810A/cm2)。 电池的工作条件接近大气条件（7.5 mBar）。

CM&S 自 1934 年以来一直参与重水研究。1940 年初， 电解制氢厂进行了升级，增加了二级电解槽，将水中的氘浓度提高到 99.8%。 这些改造由美国国防研究委员会资助，为曼哈顿计划生产重水。 重水生产于 1943 年 6 月开始，一直持续到 1956 年。