質子交換膜電解水可普遍應用于燃料電池、電解水、氯堿工業(yè)等領域。PEM燃料電池及電解水發(fā)展迅速，國內外市場都呈現出較快的需求增長和廣闊的發(fā)展前景。從2011年到2019年，PEM燃料電池出貨量占比從44.9%進一步提升至82.7%，氫健康可見，全球PEM燃料電池出貨量高速增長。依據中國氫能聯盟對未來燃料電池系統(tǒng)成本的預測以及美國能源部披露的成本結構，綜合測算，燃料電池應用領域每年為質子交換膜電解水帶來的市場增量將持續(xù)增長，到2025年、2035年和2050年將分別為9.80億、49.01億和67.39億，非?？捎^。通過引入無機組分制備有機納米質子交換膜，使其兼具有機膜柔韌性和無機膜良好熱性能成為近幾年的研究熱點。無污染質子交換膜
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；但是與可再生能源適配性較差。氫健康其中，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。歐洲的質子交換膜膜電極特性與結構直接影響PEM水電解槽的性能和壽命。
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。
2020年9月，在第七十五屆大會一般性辯論上，氫健康中國提出力爭20３0年實現碳達峰、20６0年實現碳中和的目標。在實現目標的過程中，氫能的應用除了可以減少碳排放、助力碳達峰，還可以通過氫與二氧化碳反應制成有機化學品，實現碳中和。氫能在能源供給側和消費終端轉型發(fā)展中可以發(fā)揮重要作用。在能源供給側，氫能可以消納可再生能源電力，實現能量在時間上的存儲和空間上的轉移。相對于其他儲能方式，氫能具備規(guī)模優(yōu)勢；在能源消費終端，氫能可以實現零排放、零污染，減少碳排放。為了實現“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水電解制氫已步入商業(yè)化早期，制約技術大規(guī)模發(fā)展的瓶頸在于膜電極選用被少數廠家壟斷的質子交換膜電解水，陰、陽極催化劑材料需采用貴金屬以及電解能耗仍然偏高。解決上述難題是PEM水電解制氫技術進一步發(fā)展與推廣的關鍵。氫健康為此發(fā)展新型水電解技術成為新趨勢，基于融合堿性水電解和PEM水電解各自優(yōu)勢的研究思路，采用堿性固體電解質替代PEM的堿性固體陰離子交換膜（AEM）水電解制氫技術成為新方向。另外選用聚芳醚酮和聚砜等廉價材料制備無氟質子交換膜電解水，也是質子交換膜電解水的發(fā)展趨勢。需要強調的是，采用水電解制氫時，只有利用可再生能源電力制取的氫氣才滿足低碳排放的標準。質子交換膜替代杜邦
PEM水電解制氫已步入商業(yè)化早期，制約技術大規(guī)模發(fā)展的瓶頸在于膜電極選用被少數廠家壟斷的質子交換膜。無污染質子交換膜
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，氫健康晶格氧機理發(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晶格氧原子的直接耦合，產生的氧空位將被水分子或大量氧原子補充，同時由此產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。吸附氧化機理(AEM)和晶格氧反應機理(LOM)是在酸性介質中被認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，選擇單位點還是雙位點途徑和材料本身的電子結構有著密切關系，結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。無污染質子交換膜
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