質(zhì)子交換膜水電解器(PEMWE)技術(shù)在可再生能源的電催化制氫方面受到關(guān)注。它具有立即響應(yīng)、更高的質(zhì)子電導(dǎo)率、更低的歐姆損耗和氣體交叉率的優(yōu)點。借助創(chuàng)新的實驗方法和先進的表征技術(shù)，在揭示酸性介質(zhì)中動態(tài)OER的復(fù)雜性和開發(fā)高效穩(wěn)定的電催化劑方面取得了重要成果。本綜述重點介紹了在酸性介質(zhì)中開發(fā)OER電催化劑的反應(yīng)和降解機制以及較新進展。此外，還在設(shè)備層面討論了PEM水電解的進展。然而，所開發(fā)的催化劑及相關(guān)裝置的性能與工業(yè)應(yīng)用仍有一定差距。PEM電解水電堆，膜的耐壓能力要強，需要大于30 bar。哪里可以買到陜西華泰PEM電解水用的德國膜
吸附氧化機理(AEM)和晶格氧反應(yīng)機理(LOM)是在酸性介質(zhì)中被認(rèn)為較合理的兩種機理。催化劑通過哪一機理發(fā)生催化反應(yīng),選擇單位點還是雙位點途徑和材料本身的電子結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系,結(jié)晶度好的氧化物幾乎沒有缺陷，傾向于采用AEM，在單個活性金屬位點上通過*OOH中間體，即所謂的酸堿途徑，或者在兩個相鄰的金屬位點上，通過*O中間體，即O-O直接耦合途徑.而在具有豐富氧空位的無定形金屬氧化物和一些具有高金屬氧共價的鈣鈦礦中，晶格氧機理發(fā)生在遭受水親核攻擊的單個活性氧位點或通過兩個相鄰反應(yīng)晶格氧原子的直接耦合，產(chǎn)生的氧空位將被水分子或大量氧原子補充，同時由此產(chǎn)生的不飽和金屬位點更容易溶解,帶來催化劑穩(wěn)定性問題。可否知道國電投PEM電解水用的質(zhì)子交換膜PEM電解水系統(tǒng)的占地面積小，尤其適合“海上風(fēng)電”。
過去5年電解槽成本已下降了40%，但是投資和運行成本高仍然是PEM水電解制氫亟待解決的主要問題，這與目前析氧、析氫電催化劑只能選用貴金屬材料密切相關(guān)。為此降低催化劑與電解槽的材料成本，特別是陰、陽極電催化劑的貴金屬載量，提高電解槽的效率和壽命，是PEM水電解制氫技術(shù)發(fā)展的研究重點。與堿性水電解制氫相比，PEM水電解制氫工作電流密度更高（?1A/cm2），總體效率更高（74%~87%），氫氣體積分?jǐn)?shù)更高（>99·99%），產(chǎn)氣壓力更高（3~4MPa），動態(tài)響應(yīng)速度更快，能適應(yīng)可再生能源發(fā)電的波動性，被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的水電解制氫技術(shù)。目前PEM水電解制氫技術(shù)已在加氫站現(xiàn)場制氫、風(fēng)電等可再生能源電解水制氫、儲能等領(lǐng)域得到示范應(yīng)用并逐步推廣。
PEM電解水電解槽結(jié)構(gòu) 與燃料電池類似，由膜電極、雙極板等部件組成。膜電極提供反應(yīng)場所，由質(zhì)子交換膜和陰陽極催化劑組成。PEM 電解槽具有反應(yīng)無污染、氫氣無需分離堿液、轉(zhuǎn)化效率高、能耗低、槽體結(jié)構(gòu)緊湊、運行更加靈活( 負荷范圍 0～150%) 、更適合可再生能源的波動性等優(yōu)點，很多新建電解制氫項目開始選擇PEM電解槽技術(shù)。但由于 PEM電解技術(shù)商業(yè)化時間不長，質(zhì)子交換膜和鉑電極催化劑等關(guān)鍵組件成本較高，導(dǎo)致 PEM 電解槽制造成本較高，為相同規(guī)模堿性電解槽的 3～5 倍。按照相同的計算原則，PEM電解槽制氫成本高于堿性電解槽，主要是 PEM 電解槽 采購成本太高，每年的折舊成本太高。設(shè)備折舊成本占到總成本的 44%，電耗成本占到 50%，所以降低成本還是要從這兩方面入手。隨著電費的下降，電力成本在總成 本中的比重逐漸下降，氫氣成本也逐漸降低。當(dāng)電費分別為 0.13 元/ kWh 和 0.2元/ kWh 時，氫氣成 本分別為2.4元/Nm3和2. 71元/Nm3，成本占比分別為 24%和 33% 。與堿性電解槽制氫成本相比，仍有一定差距，主要在于PEM電解槽價格太貴，折舊成本太高PEM電解水大型電解槽，按照3A/cm2的電流運行，單片的電流就超過15 000A。
雖然Ｉｒ陽極催化劑成本在整個電解槽成本中占比不大，但若未來PEM水電解制氫技術(shù)大規(guī)模普及，其需求量會大幅度上升。目前，全世界Ｉｒ產(chǎn)量少于9ｔ?ａ，因此在PEM水電解技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用后，陽極催化劑的成本占比會逐漸提升。Ｉｒ資源儲量能否支撐整個PEM水電解制氫技術(shù)的未來發(fā)展，成為業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注的焦點，國外機構(gòu)對此進行了相關(guān)研究預(yù)測。按照目前用量水平來計算，膜電極上的Ｉｒ用量為2ｍｇ?ｃｍ2，而膜電極典型運行參數(shù)為4Ｗ?ｃｍ2，因而1ＧＷ級PEM電解槽的Ｉｒ用量為500ｋｇ。未來可再生能源的比例越來越大，對于各類儲能的需求也會越來越大，PEM電解水也會被較多使用。是否有報道中科科創(chuàng)怎樣測試PEM電解水
PEM電解水的電壓相對比較高一點。哪里可以買到陜西華泰PEM電解水用的德國膜
堿性水電解制氫電解槽隔膜主要由石棉組成，起分離氣體的作用。陰極、陽極主要由金屬合金組成，如Ni-Mo合金等，分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣。工業(yè)上堿性水電解槽的電解液通常采用KOH溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%~30%，電解槽操作溫度70~80℃，工作電流密度約0.25A/cm2，產(chǎn)生氣體壓力0.1~3.0MPa，總體效率62%~82%。堿性水電解制氫技術(shù)成熟，投資、運行成本低，但存在堿液流失、腐蝕、能耗高等問題。水電解槽制氫設(shè)備開發(fā)是國內(nèi)外堿性水電解制氫研究熱點。可再生能源加速發(fā)展使得大規(guī)模消納可再生能源成為突出問題。哪里可以買到陜西華泰PEM電解水用的德國膜
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