维萨拉折光仪支持先进绿氢电解槽的研发
通过水电解制备绿氢是实现脱碳目标的一个重要机遇。然而，电解槽的性能受其组件特性和稳定性的显著影响。因此，一群德国工程师正在研发一种碱性电解测试台。
影响该项目成功的关键因素之一是能够在具有极强腐蚀性的溶液中准确、可靠地监测电解液。通过在全球范围内搜索和筛选合适技术，研究人员发现维萨拉在线折光仪能够满足他们的严苛要求。
项目合作伙伴包括工程服务提供商 iChemAnalytics GmbH、电镀技术专业公司 Dr.-Ing.Max Schlötter GmbH & Co. KG 以及涂层专业公司 WHW Hillebrand。
背景
随着全球推进能源基础设施脱碳以实现净零排放目标，氢气被认为是一个重要机遇。这是因为氢气的热值很高，其燃烧产物不含温室气体，而温室气体被认为是导致全球变暖的主要原因。然而，目前氢气主要通过化石燃料密集型工艺制备，产生的“灰氢”大约造成了 2% 的全球碳排放。
利用可再生能源发电进行水电解制氢，所产生的“绿氢”为脱碳减排提供了重大机遇，因此，高效、可持续的电解槽备受业界关注。
碱性制氢电解槽使用诸如氢氧化钾 (KOH) 等碱性溶液作为电解液，利用电流将水分解为氢气和氧气。该溶液通常是 15% 至 30% 浓度的 KOH，腐蚀性极强。电解液
盛装在两个电极之间，电极通常为镍基材质，两极由多孔隔膜或离子膜进行隔离。阴极产生氢气，阳极产生氧气。隔膜将两种气体分离，并将氢氧根离子从阴极输送到阳极，从而完成电路导通。
项目目标
项目于 2023 年开始，预计于 2026 年年中完成。主要目标包括：
1 部分搭建一个有效的、全自动运行的电解槽电堆测试台
2.开发一种能够超 8 万小时保持稳定的新电极涂层
3.在各种不同的工作条件下评估原型涂层
为什么要测量电解液浓度？
测试台电解槽膜的每侧都含有 30% 的 KOH 溶液。这是一种高度浓缩、强效且具腐蚀性的碱性液体，含 30% 氢氧化钾和 70% 水（按重量计）。在电解过程中，隔膜两侧的 KOH 浓度百分比会发生变化。基于多方面的原因，这一点很重要。组件的使用寿命以及槽内的相界面反应均会产生劣化趋势，同时还会直接影响槽电压、老化效应及反应效率。
电解液测量技术
项目团队在全球范围内搜寻一种能够在如此严苛环境下正常运行且提供准确可靠 KOH 测量结果的技术。能够在 30% KOH 溶液、80°C 温度和高达 5 巴的压力条件下运行（原位安装），
这一要求排除了大多数方案，只剩下实验室手动分析或少数基于折光法或超声波的技术。
在解释为何决定使用维萨拉在线折光仪时，iChemAnalytics 首席运营官 Kristian Macke 表示：“由于实验室分析得出结果所需的时间过长，导致无法开展过程控制且无法保证效率，我们毫不犹豫地排除了该方案。”因此，项目团队评估了连续测量方案。Kristian 说道：“维萨拉分销商 Bühler Technologies 提供的支持给我们留下了深刻印象。”“他们临时借给我们一台维萨拉折光仪，让我们在实验室进行了一次快速测试。他们还提供了 CAD 文件，协助我们将维萨拉设备集成到测试台中，并出具了书面证明，确认该折光仪能够永久耐受 KOH。”
测试台上安装了两台维萨拉 PR53AC 在线折光仪，可实时测量隔膜两侧的 KOH 浓度。Kristian 说道：
“这对我们来说是一笔不小的投资，但我们对维萨拉探头的性能非常满意。它们在交付时经过了工厂校准，几乎可以即插即用。我们只需要将其 4-20 mA 输出与我们的 PLC 集成即可。”
维萨拉折光仪利用 LED 光源，测量光在工艺介质中的折射角度。传感器持续检测光发生全反射时的临界角度，这与 KOH 浓度有直接关系。维萨拉折光仪被广泛应用于对准确度、耐化学性和正常运行时间有严格要求的多种工业流程，诸如化学品、纸浆造纸、食品制药等领域。
除了能够在恶劣条件下运行之外，维萨拉折光仪还有一个重要优点是不受悬浮颗粒、气泡或颜色的影响，并且可选配蒸汽或高压热水自动清洗棱镜的功能，确保不会受到污垢或污染的影响。
项目进展
可靠测试台的开发使项目团队能够专注于实现主要目标。他们正在各种不同的温度范围内对不同的电极涂层和电解液进行加速应力测试。Kristian 说道：“我们不久前在柏林举办的 ZVO Oberflächentage 2025 大会上公布了为期四周试验的结果，展示了新型涂层出众的性能数据。”
展望未来
为了不断研发更具可持续性的涂层，团队利用全自动测试台优化电解设备、材料和操作条件，以提高工艺效率。
“使用维萨拉在线折光仪测量 KOH 浓度，在测试台中发挥着至关重要的作用，”Kristian 说。“我们的最终目标是研发具有高性能表面涂层的新型高性能电解槽电堆，而能够自动监测和控制 KOH 比例，对于优化电解槽电堆组件和效率至关重要。”
该项目展示了先进的测量技术如何促进清洁能源领域的创新，进一步加快向低碳解决方案转型。
欢迎观看本次专家访谈网络研讨会，深入了解绿氢制备工艺中的实时化学监测。