电解水制氢是全球未来能源架构的基础，是实现零碳排放，促进碳中和，构建氢社会的不二之选。本书从绿氢在未来能源系统作用出发，阐述了电解水的基本原理，构建了电解水的三大特性—极化特性、效率特性和催化特性，建立了电解水制氢理论。围绕电解水的三大特性，详细介绍了三大特性的模型、建模方法以及评价指标，围绕综合表现的效率特性介绍了效率改进的方法和措施。从系统层次介绍了电解水系统建模和仿真方法，为电解水系统设计提供依据。全书最后总结了电解水的现状和未来的展望，提出了未来提效节能的关键技术，夯实氢能新能源架构，实现氢社会的愿景。
本书可供为高等院校氢能相关专业（制氢、燃料电池、新能源车）师生的教材或参考书，也可供氢能产业链的从业者、爱好者，以及欲将投身我国氢能事业的广大技术人员作为基础理论和实际设计分析参考。

第1章 电解水在未来能源系统的重要性
1.1 引言
1.2 氢和电解水
1.2.1 氢气的制取和使用
1.2.2 氢气颜色
1.3 能源系统中的氢动力
1.3.1 氢历史意义：去石化
1.3.2 当代氢能驱动力——脱碳
1.3.3 净零排放对当前能源系统的影响
1.3.4 绿氢作为能量转换的加速器
1.4 电化学制氢简介
1.4.1 碱性电解水
1.4.2 质子交换膜电解水
1.4.3 阴离子交换膜电解水
1.4.4 固体氧化物电解水
1.4.5 典型电解水技术比较
1.5 本书内容安排
第2章 电解水的基本原理
2.1 引言
2.1.1 简要历史观点
2.1.2 电解水机理
2.2 电解室
2.2.1 电解室的设计
2.2.2 电解质pH值的作用
2.2.3 不同的电解室
2.3 热力学
2.3.1 理想热化学
2.3.2 非理想热化学
2.3.3 电化学热力学
2.4 非平衡热力学
2.4.1 耗散源的回顾
2.4.2 析氢反应
2.4.3 析氧反应
2.4.4 I-V曲线
2.5 电解室效率
2.5.1 能量效率
2.5.2 工业能量效率
2.5.3 库仑效率
2.6 小结
第3章 电解水的极化特性
3.1 引言
3.2 接近环境温度下电解室工作原理
3.2.1 质子交换膜电解室
3.2.2 碱性电解室
3.2.3 阴离子交换膜电解室
3.3 半经验极化特性模型
3.3.1 Ulleberg模型
3.3.2 Ernesto模型
3.3.3 Maximillian模型
3.4 基于物理的电解室极化特性模型
3.4.1 模型对象概述
3.4.2 阳极模块
3.4.3 阴极模块
3.4.4 电压模块
3.5 极化特性仿真
3.5.1 模型参数验证
3.5.2 模型分析
3.6 小结
第4章 电解水的效率特性
4.1 引言
4.2 低温电解室
4.3 电解槽
4.4 电解系统
4.4.1 质子交换膜电解水系统
4.4.2 碱性电解水系统
4.4.3 阴离子交换膜电解水系统
4.5 电解水效率
4.5.1 电解热力学基础
4.5.2 学术视角的能量效率
4.5.3 能量效率与工作温度的关系
4.5.4 能量效率为工作压力的函数
4.5.5 能量效率为工作温度和压力的函数
4.5.6 电解槽能量效率
4.5.7 电解水系统能量效率
4.5.8 电流效率
4.5.9 单电解室和电解槽的总效率
4.5.10 工业视角的能量效率
4.5.11 效率公式汇总
4.6 小结
第5章 影响电解水效率的因素分析
5.1 引言
5.2 基础知识回顾
5.2.1 水分解热力学
5.2.2 效率模型
5.3 电催化剂
5.3.1 HER机理
5.3.2 HER电催化剂
5.3.3 OER机理
5.3.4 OER电催化剂
5.4 影响效率的其他因素
5.4.1 电解质浓度
5.4.2 隔膜材料
5.4.3 电极间距
5.5 高温高压电解
5.6 小结
第6章 电解水的催化特性
6.1 引言
6.2 催化剂电化学参数
6.2.1 过电位
6.2.2 交换电流密度
6.2.3 比活性和质量活性
6.2.4 转换频率
6.2.5 塔菲尔斜率
6.2.6 法拉第效率
6.2.7 电化学阻抗谱
6.2.8 稳定性
6.3 电催化剂性能指标
6.3.1 活性指标——过电位、塔菲尔斜率和交换电流密度
6.3.2 催化剂稳定性——电流和电位-时间曲线
6.3.3 效率指标——法拉第效率和转换频率
6.4 催化剂设计指南
6.5 析氢反应电催化剂
6.5.1 HER反应步骤
6.5.2 HER电催化剂
6.6 析氧反应电催化剂
6.6.1 OER反应步——吸附质演化机理
6.6.2 OER电催化剂
6.7 晶格氧物种的OER机制
6.8 小结
第7章 电解水系统建模与仿真
7.1 引言
7.2 碱性电解关键设备及工艺流程
7.3 建模和仿真
7.3.1 电解槽
7.3.2 电化学模型
7.3.3 质量平衡
7.3.4 热模型——能量平衡
7.3.5 气液分离
7.3.6 氢气-液体分离器的质量平衡
7.3.7 氢气-液体分离器的能量平衡
7.3.8 氧气-液体分离器的能量和质量平衡
7.3.9 电解液温度控制——PI控制热交换器
7.3.10 氢气纯化系统
7.3.11 除氧剂
7.3.12 气体干燥器——吸附器
7.4 模型验证
7.4.1 极化曲线拟合及仿真
7.4.2 电解槽运行仿真
7.4.3 循环质量平衡
7.4.4 循环质量流量的灵敏度分析
7.4.5 能量平衡验证
7.4.6 电解液温度升高的敏感性分析
7.4.7 稳态研究
7.4.8 稳态运行期间的功耗
7.4.9 在稳态下温度升高时的循环质量流量平衡
7.5 小结
第8章 电解水的现状和展望
8.1 电解水简史
8.2 电解水的物理和化学原理
8.2.1 电解水的主要技术
8.2.2 电解槽效率
8.3 碱性电解室工作原理
8.4 电解技术概念的现状与展望
8.4.1 关键性能参数
8.4.2 碱性电解技术的过去和现在