河北純水電解水膜電極

來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2022-05-09

氫燃料電池車被視為新能源汽車的下一個(gè)風(fēng)口。質(zhì)子交換膜電解水作為氫燃料電池中心部件,其質(zhì)量好壞直接影響電池的使用壽命。從價(jià)值量看,氫能源燃料電池中成本占比較高的自然是燃料電池電堆,其次是儲(chǔ)氣瓶,而在燃料電池堆中,有個(gè)關(guān)鍵材料,那就是質(zhì)子交換膜電解水,且成本占到了28%,從整體看,質(zhì)子交換膜電解水成本約占燃料電池總成本的4.08%,幾乎決定了燃料電池的成本。質(zhì)子交換膜電解水上游主要包括基礎(chǔ)材料和過(guò)程材料兩個(gè)部分:基礎(chǔ)材料即螢石,利用上游原材料制備可用于后續(xù)加工的各類全氟、非全氟以及特種樹(shù)脂。下游應(yīng)用方面,質(zhì)子交換膜電解水可普遍應(yīng)用于燃料電池、電解水、氯堿工業(yè)等領(lǐng)域。水電解槽制氫設(shè)備開(kāi)發(fā)是國(guó)內(nèi)外堿性水電解制氫研究熱點(diǎn)。河北純水電解水膜電極

在市場(chǎng)化進(jìn)程方面,堿水電解(AWE)作為較為成熟的電解技術(shù)占據(jù)著主導(dǎo)地位,尤其是一些大型項(xiàng)目的應(yīng)用。AWE采用氫氧化鉀(KOH)水溶液為電解質(zhì),以石棉為隔膜,分離水產(chǎn)生氫氣和氧氣,效率通常在70%~80%。一方面,AWE在堿性條件下可使用非貴金屬電催化劑(如Ni、CO、Mn等),因而電解槽中的催化劑造價(jià)較低,但產(chǎn)氣中含堿液、水蒸氣等,需經(jīng)輔助設(shè)備除去;另一方面,AWE難以快速啟動(dòng)或變載、無(wú)法快速調(diào)節(jié)制氫的速度,因而與可再生能源發(fā)電的適配性較差。廣東風(fēng)能電解水制取質(zhì)子交換膜電解水作為氫燃料電池中心部件,其質(zhì)量好壞直接影響電池的使用壽命。

陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)電勢(shì)與陰極反應(yīng)過(guò)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(yáng)極反應(yīng)過(guò)電勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陰極反應(yīng)過(guò)電勢(shì)。PEM水電解制得的氫氣純度高,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(guò)程中,電解槽陽(yáng)極的析氧反應(yīng)是該過(guò)程的速控步驟。

氫能在能源供給側(cè)和消費(fèi)終端轉(zhuǎn)型發(fā)展中可以發(fā)揮重要作用。在能源供給側(cè),氫能可以消納可再生能源電力,實(shí)現(xiàn)能量在時(shí)間上的存儲(chǔ)和空間上的轉(zhuǎn)移。相對(duì)于其他儲(chǔ)能方式,氫能具備規(guī)模優(yōu)勢(shì);在能源消費(fèi)終端,氫能可以實(shí)現(xiàn)零排放、零污染,減少碳排放。2020年9月,在第七十五屆大會(huì)一般性辯論上,中國(guó)提出力爭(zhēng)2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的過(guò)程中,氫能的應(yīng)用除了可以減少碳排放、助力碳達(dá)峰,還可以通過(guò)氫與二氧化碳反應(yīng)制成有機(jī)化學(xué)品,實(shí)現(xiàn)碳中和。隨著可再生能源發(fā)電比例和規(guī)模不斷提升,間歇性電力“削峰填谷”的儲(chǔ)能作用將得到普遍體現(xiàn)。

與ALK技術(shù)對(duì)比,PEM水電解制氫技術(shù)啟停速度快、負(fù)荷波動(dòng)范圍廣、產(chǎn)氫壓力高,尤其適合利用可再生能源電力(尤其是離網(wǎng)電力)制氫,是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模水電解制氫應(yīng)用較有效的方式之一。此外,它還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電、水電、光伏電等電力能源的調(diào)峰運(yùn)行和對(duì)棄電資源的充分利用,因而成為大規(guī)模、高效儲(chǔ)能的重要方式之一。氫氣比重小、擴(kuò)散快,其導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的8.4倍,因此常被用作發(fā)電機(jī)組的冷卻劑,可以大幅降低風(fēng)摩擦損耗,對(duì)于1GW的發(fā)電機(jī)組,氫氣純度每提高1%,可以節(jié)約228kW的能源??稍偕茉醇铀侔l(fā)展使得大規(guī)模消納可再生能源成為突出問(wèn)題。上海富氫電解水交換膜

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)。河北純水電解水膜電極

在技術(shù)層面,電解水制氫技術(shù)可分為堿性電解水制氫(ALK)、質(zhì)子交換膜電解水電解水制氫(PEM)、固體氧化物電解水制氫(SOE)和陰離子交換膜電解水制氫(AEM)。其中,堿性電解水技術(shù)較為成熟,造價(jià)成本也較低;但是與可再生能源適配性較差。其中,堿性電解水技術(shù)較為成熟,但無(wú)法快速調(diào)節(jié)制氫速度,與可再生能源適配性較差。固體氧化物電解水制氫(SOE)采用固體氧化物為電解質(zhì)材料,適合在高溫環(huán)境下運(yùn)作,能效更高,但處于初期示范階段。陰離子交換膜電解水制氫(AEM)以陰離子交換膜作為電解質(zhì)隔膜,目前仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。PEM電解水技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。無(wú)污染、無(wú)腐蝕;擁有更高的質(zhì)子傳導(dǎo)性,提升電解效率;同時(shí)有更寬的負(fù)載范圍和更短的響應(yīng)啟動(dòng)時(shí)間,與水電、風(fēng)電、光伏(發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性較大)具有良好的匹配性,較適合未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展。河北純水電解水膜電極

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