離子交換膜前景

來源: 發(fā)布時間:2023-03-13

Ir資源儲量能否支撐整個PEM水電解制氫技術的未來發(fā)展,成為業(yè)內普遍關注的焦點,國外機構對此進行了相關研究預測。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。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,因此氫健康在PEM水電解技術大規(guī)模應用后,陽極催化劑的成本占比會逐漸提升。在CCS法和CCM法基礎上,電化學沉積法、超聲噴涂法以及轉印法成為研究熱點并具備應用潛力。離子交換膜前景

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穩(wěn)定性、質子傳導性、氣體分離性的全氟磺酸質子交換膜電解水電解水作為固體電解質替代石棉膜,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到外依次是質子交換膜電解水電解水、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端板等。其中擴散層、催化層與質子交換膜電解水電解水組成膜電極,是整個水電解槽物料傳輸以及電化學反應的主場所,氫健康膜電極特性與結構直接影響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)展和應用的重要方向。上海分子制氫膜市場前景資源儲量能否支撐整個PEM水電解制氫技術的未來發(fā)展,成為業(yè)內普遍關注的焦點。

對于負載催化劑,金屬-載體相互作用和基底的導電性至關重要。酸性OER材料發(fā)展,并強調從機理分析性能提高.對金屬性質(合金,單原子等)催化劑,氧化物(釕/銥氧化物,非貴金屬氧化物),金屬氧酸鹽類(鈣鈦礦,燒綠石,其它氧酸鹽類),其它無機金屬和非金屬材料進行周到綜述。在酸性介質中貴金屬Ru和Ir基催化劑具有優(yōu)異的活性和可應用性,優(yōu)于其他鉑族金屬(如Rh、Pd和Pt).盡可能多地暴露活性位點,提高本征活性,氫健康以盡量減少貴金屬消耗,同時兼顧長期運行的穩(wěn)定性是催化劑設計必須面臨的問題。

在技術層面,電解水制氫主要分為AWE、PEM水電解,固體聚合物陰離子交換膜(AEM)水電解、固體氧化物(SOE)水電解。其中,AWE是較早工業(yè)化的水電解技術,已有數(shù)十年的應用經(jīng)驗,較為成熟;PEM電解水技術近年來產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速,SOE水電解技術處于初步示范階段,而AEM水電解研究剛起步。氫健康從時間尺度上看,AWE技術在解決近期可再生能源的消納方面易于快速部署和應用;但從技術角度看,PEM電解水技術的電流密度高、電解槽體積小、運行靈活、利于快速變載,與風電、光伏(發(fā)電的波動性和隨機性較大)具有良好的匹配性。隨著PEM電解槽的推廣應用,其成本有望快速下降,必然是未來5~10a的發(fā)展趨勢。SOE、AEM水電解的發(fā)展則取決于相關材料技術的突破情況。過去5年電解槽成本已下降了40%,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。

PEMWE的組裝方法,實際運行條件,包括離聚物,膜,氣體擴散層,極板,催化劑層在內的各個組分都是影響PEMWE性能的關鍵參數(shù).對各個組分的發(fā)展和應用現(xiàn)狀進行綜述,同時對有實際應用前景的催化劑進行分析,包括負載型催化劑,銥/釕為主體的摻雜型催化劑。借助創(chuàng)新實驗方法和先進表征技術發(fā)展在揭示酸介質中動態(tài)OER的復雜性和開發(fā)高效穩(wěn)定的電催化劑方面取得了重要成就。氫健康但所開發(fā)的催化劑及相關器件的性能與工業(yè)應用之間仍存在一定的差距。為了加快PEMWE的發(fā)展,深入理解電極反應的動態(tài)過程,理論計算和實驗的結合,對具有實際應用前景的催化劑的進一步發(fā)展,催化劑性能的評價準則,對實驗室基礎研究中水系模型和實際操作差異的理解,集成膜電極組件的開發(fā)需要更多的研究?;覛?、藍氫將會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。河北堿性制氫膜設備

除了提高催化劑活性和穩(wěn)定性外,膜電極制備工藝對降低電解系統(tǒng)成本,提高電解槽性能和壽命至關重要。離子交換膜前景

陰離子交換膜(AEM)水電解、堿性水電解(ALK)以及高溫固體氧化物(SOEC)水電解等4種水電解制氫技術的性能對比。氫健康可知:在各種水電解制氫技術中,AEM技術成熟度低,目前還無法實現(xiàn)大規(guī)模應用,但是由于其不使用貴金屬催化劑,同時兼具PEM和ALK制氫的優(yōu)點,未來將會成為取代PEM制氫的替代技術;SOEC制氫技術由于固體氧化物的壽命和制氫規(guī)模的限制,暫時未達到工業(yè)應用程度,但其制氫效率高,未來具有穩(wěn)定連續(xù)大規(guī)模制氫的潛力;ALK技術具備成本低、產(chǎn)氫規(guī)模大、技術成熟度高等優(yōu)點,是目前應用較廣的水電解制氫技術,但是存在負荷調節(jié)幅度小、啟動響應慢、需要堿液處理過程等缺點,特別不適合可再生能源電力波動性的特點,只能從電網(wǎng)取電制氫。離子交換膜前景

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