江蘇陰離子交換膜廠家

隨著可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量不斷上升、比例不斷增加、可再生能源電力價(jià)格不斷下降；同時(shí)，結(jié)合碳稅、碳交易等利好政策，水電解制氫的經(jīng)濟(jì)性將明顯提高；而且，利用可再生能源電力的水電解制氫具備幾乎碳零排放的優(yōu)勢(shì)，因此在各種制氫方式中，氫健康水電解制氫的占比將大幅提升，成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手。現(xiàn)階段，CO2捕集、封存技術(shù)（CCS）和CO2捕集、利用、封存技術(shù)（CCUS）因成本過高，暫時(shí)不具備經(jīng)濟(jì)性。而為了實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)，未來以化石能源制氫的方式勢(shì)必要受到限制或部分被清潔制氫方式取代。降低催化劑與電解槽的材料成本，是PEM水電解制氫技術(shù)發(fā)展的研究重點(diǎn)。江蘇陰離子交換膜廠家

PEM水電解制得的氫氣純度高氫健康，而且其制氫負(fù)荷可以實(shí)現(xiàn)在0～1之間智能連續(xù)自動(dòng)化控制，因而PEM水電解制氫逐步取代了傳統(tǒng)的堿水制氫和氫氣瓶組等方式。由于氫氣可以大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，相對(duì)于其他儲(chǔ)能方式，在時(shí)間尺度和規(guī)模尺度上均有明顯優(yōu)勢(shì)；結(jié)合可再生能源電力的波動(dòng)性，可以充分發(fā)揮氫氣的儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模低成本制氫。在PEM水電解過程中，電解槽陽極的析氧反應(yīng)是該過程的速控步驟。陽極反應(yīng)過電勢(shì)與陰極反應(yīng)過電勢(shì)的大小，是水電解制氫效率高低的主要影響因素之一，通常陽極反應(yīng)過電勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陰極反應(yīng)過電勢(shì)。江蘇陰離子交換膜廠家多數(shù)非貴金屬會(huì)腐蝕并可能與PEM中的磺酸根離子結(jié)合，進(jìn)而降低PEM傳導(dǎo)質(zhì)子的能力。

不同催化材料的陽極過電勢(shì)通常為200～500ｍＶ。在高電位、氧化、酸性環(huán)境下氫健康，PEM電解槽對(duì)陽極催化劑材料的要求極為苛刻，能滿足該要求的催化材料但限于某些貴金屬。通常，活性越高的金屬，其在水電解過程中越容易溶解，穩(wěn)定性越差。例如：從金屬活性角度來講，金屬活性由高到低的順序?yàn)椋希螅荆遥酰荆桑颍荆校簦荆粒?；但從金屬穩(wěn)定性角度來講，其穩(wěn)定性由高到低的順序?yàn)椋粒酰荆校簦荆桑颍荆遥酰荆希?。綜合活性和穩(wěn)定性等因素，目前工業(yè)上選用的PEM電解槽陽極催化劑以銥黑以及ＩｒＯ2等為主。

不同于堿性水電解和PEM水電解，高溫固體氧化物水電解制氫采用固體氧化物為電解質(zhì)材料，工作溫度800~1000℃，制氫過程電化學(xué)性能明顯提升，效率更高。SOEC電解槽電極采用非貴金屬催化劑，陰極材料選用多孔金屬陶瓷Ni/YSZ，氫健康陽極材料選用鈣鈦礦氧化物，電解質(zhì)采用YSZ氧離子導(dǎo)體，全陶瓷材料結(jié)構(gòu)避免了材料腐蝕問題。高溫高濕的工作環(huán)境使電解槽選擇穩(wěn)定性高、持久性好、耐衰減的材料受到限制，也制約SOEC制氫技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的選擇與大規(guī)模推廣。PEM水電解制氫技術(shù)具備快速啟停優(yōu)勢(shì)，能匹配可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性，逐步成為P2G制氫主流技術(shù)。PEM水電解制氫逐步取代了傳統(tǒng)的堿水制氫和氫氣瓶組等方式。

作為水電解槽膜電極的中心部件，質(zhì)子交換膜不但傳導(dǎo)質(zhì)子，隔離氫氣和氧氣，而且還為催化劑提供支撐，其性能的好壞直接決定水電解槽的性能和使用壽命。長(zhǎng)期被國(guó)外少數(shù)廠家壟斷，質(zhì)子交換膜價(jià)格高達(dá)幾百~幾千美元/m2。氫健康為降低膜成本，提高膜性能，國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)攻關(guān)改性全氟磺酸質(zhì)子交換膜、有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合質(zhì)子交換膜和無氟質(zhì)子交換膜。全氟磺酸膜改性研究聚焦聚合物改性、膜表面刻蝕改性以及膜表面貴金屬催化劑沉積3種途徑。通過引入無機(jī)組分制備有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合質(zhì)子交換膜，使其兼具有機(jī)膜柔韌性和無機(jī)膜良好熱性能、化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能，成為近幾年的研究熱點(diǎn)。PEM電解槽的電催化劑研究主要是Ir、Ru等貴金屬/氧化物及其二元、三元合金/混合氧化物。堿性電解水膜成本是多少

灰氫、藍(lán)氫將會(huì)逐漸被基于可再生能源的綠氫所替代，綠氫是未來能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。江蘇陰離子交換膜廠家

區(qū)別于堿性水電解制氫，PEM水電解制氫選用具有良好化學(xué)穩(wěn)定性、質(zhì)子傳導(dǎo)性、氣體分離性的全氟磺酸質(zhì)子交換膜電解水電解水作為固體電解質(zhì)替代石棉膜，能有效阻止電子傳遞，提高電解槽安全性。PEM水電解槽主要部件由內(nèi)到外依次是質(zhì)子交換膜電解水電解水、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴(kuò)散層、陰陽極端板等。其中擴(kuò)散層、催化層與質(zhì)子交換膜電解水電解水組成膜電極，是整個(gè)水電解槽物料傳輸以及電化學(xué)反應(yīng)的主場(chǎng)所，氫健康膜電極特性與結(jié)構(gòu)直接影響PEM水電解槽的性能和壽命。將可再生能源發(fā)電轉(zhuǎn)化為氫氣，可提高電力系統(tǒng)靈活性，正成為可再生能源發(fā)展和應(yīng)用的重要方向。江蘇陰離子交換膜廠家

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