作為媒介氫氣促進可再生能源時空再分布，助力電力系統(tǒng)與難以深度脫碳的工業(yè)、建筑和交通運輸部門建立起產(chǎn)業(yè)聯(lián)系，不斷豐富氫氣的應用場景。這也為PEM水電解制氫技術帶來巨大的發(fā)展空間。相比PEM水電解，AEM水電解選用固體聚合物陰離子交換膜作為隔膜材料，膜電極催化劑、雙極板材料可選性更寬廣，未來突破陰離子交換膜和高活性非貴金屬催化劑等關鍵材料有望明顯降低電解槽制造成本。氫健康應用推廣方面，當下電力系統(tǒng)中波動性可再生能源份額不斷上升，未來幾十年這一趨勢仍將延續(xù)?？稍偕茉粗茪涫菃为毦G色低碳制氫方式，不但能提高電網(wǎng)靈活性，而且可遠距離運輸和分配可再生能源，支持可再生能源更大規(guī)模的發(fā)展。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。山東進口制氫膜設備
在技術層面，電解水制氫技術可分為堿性電解水制氫(ALK)、質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，堿性電解水技術較為成熟，造價成本也較低；但是氫健康與可再生能源適配性較差。其中，堿性電解水技術較為成熟，但無法快速調節(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材料，適合在高溫環(huán)境下運作，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隔膜，目前仍處于實驗室階段。PEM電解水技術具有獨特優(yōu)勢。無污染、無腐蝕；擁有更高的質子傳導性，提升電解效率；同時有更寬的負載范圍和更短的響應啟動時間，與水電、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，較適合未來能源結構的發(fā)展。上海電解水隔膜工藝為了實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”目標，未來以化石能源制氫的方式勢必要受到限制或部分被清潔制氫方式取代。
PEM水電解槽采用PEM傳導質子，隔絕電極兩側的氣體，避免AWE使用強堿性液體電解質所伴生的缺點。PEM水電解槽以PEM為電解質，以純水為反應物，加之PEM的氫氣滲透率較低，產(chǎn)生的氫氣純度高，但需脫除水蒸氣；電解槽采用零間距結構，歐姆電阻較低，明顯提高電解過程的整體效率，且體積更為緊湊；壓力調控范圍大，氫氣輸出壓力可達數(shù)兆帕，適應快速變化的可再生能源電力輸入。氫健康因此，PEM電解水制氫是極具發(fā)展前景的綠色制氫技術路徑。由于PEM電解槽的陽極處于強酸性環(huán)境（pH≈2）、電解電壓為1.4~2.0V，多數(shù)非貴金屬會腐蝕并可能與PEM中的磺酸根離子結合，進而降低PEM傳導質子的能力。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，以鈦材料為載體的負載型催化劑。
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，氫健康但是存在負荷調節(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。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?？芍涸诟鞣N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。AWE采用氫氧化鉀水溶液為電解質，以石棉為隔膜，分離水產(chǎn)生氫氣和氧氣，效率通常在70%~80%。
區(qū)別于堿性水電解制氫氫健康，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(nèi)到外依次是質子交換膜、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，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。固體氧化物電解水制氫采用固體氧化物為電解質材料，適合在高溫環(huán)境下運作，能效更高，但處于初期示范階段。江蘇杜邦膜替代膜制取
陰離子交換膜水電解、堿性水電解以及高溫固體氧化物水電解等4種水電解制氫技術的性能對比。山東進口制氫膜設備
氫氣比重小、擴散快，其導熱系數(shù)是空氣的８.4倍，因此常被用作發(fā)電機組的冷卻劑，可以大幅降低風摩擦損耗，對于1ＧＷ的發(fā)電機組，氫氣純度每提高1％，可以節(jié)約22８ｋＷ的能源。與ALK技術對比，PEM水電解制氫技術啟停速度快、負荷波動范圍廣、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，是實現(xiàn)大規(guī)模水電解制氫應用較有效的方式之一。此外，氫健康它還可以實現(xiàn)對風電、水電、光伏電等電力能源的調峰運行和對棄電資源的充分利用，因而成為大規(guī)模、高效儲能的重要方式之一。山東進口制氫膜設備
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