哪里可知大連化物所如何規(guī)劃質(zhì)子交換膜電堆

吸附氧化機(jī)理(AEM)和晶格氧反應(yīng)機(jī)理(LOM)是在酸性介質(zhì)中被認(rèn)為較合理的兩種機(jī)理。催化劑通過(guò)哪一機(jī)理發(fā)生催化反應(yīng)，選擇單位點(diǎn)還是雙位點(diǎn)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(méi)有缺陷，傾向于采用AEM，在單個(gè)活性金屬位點(diǎn)上通過(guò)*OOH中間體，即所謂的酸堿途徑，或者在兩個(gè)相鄰的金屬位點(diǎn)上，氫健康通過(guò)*O中間體，即O-O直接耦合途徑.而在具有豐富氧空位的無(wú)定形金屬氧化物和一些具有高金屬氧共價(jià)的鈣鈦礦中，晶格氧機(jī)理發(fā)生在遭受水親核攻擊的單個(gè)活性氧位點(diǎn)或通過(guò)兩個(gè)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(bǔ)充，同時(shí)由此產(chǎn)生的不飽和金屬位點(diǎn)更容易溶解，帶來(lái)催化劑穩(wěn)定性問(wèn)題。在PEM水電解技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用后，陽(yáng)極催化劑的成本占比會(huì)逐漸提升。哪里可知大連化物所如何規(guī)劃質(zhì)子交換膜電堆

綜合活性和穩(wěn)定性等因素，目前工業(yè)上選用的PEM電解槽陽(yáng)極催化劑以銥黑以及ＩｒＯ2等為主。不同催化材料的陽(yáng)極過(guò)電勢(shì)通常為200～500ｍＶ。在高電位、氧化、酸性環(huán)境下，PEM電解槽對(duì)陽(yáng)極催化劑材料的要求極為苛刻，氫健康能滿足該要求的催化材料但限于某些貴金屬。通常，活性越高的金屬，其在水電解過(guò)程中越容易溶解，穩(wěn)定性越差。例如：從金屬活性角度來(lái)講，氫健康金屬活性由高到低的順序?yàn)椋希螅荆遥酰荆桑颍荆校簦荆粒酰坏珡慕饘俜€(wěn)定性角度來(lái)講，其穩(wěn)定性由高到低的順序?yàn)椋粒酰荆校簦荆桑颍荆遥酰荆希蟆？煞裰郎钲诰G航用的質(zhì)子交換膜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(shù)的性能對(duì)比。

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，氫健康氫能可以實(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。

PEM水電解制氫已步入商業(yè)化早期，制約技術(shù)大規(guī)模發(fā)展的瓶頸在于膜電極選用被少數(shù)廠家壟斷的質(zhì)子交換膜，陰、陽(yáng)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(shù)進(jìn)一步發(fā)展與推廣的關(guān)鍵。為此發(fā)展新型水電解技術(shù)成為新趨勢(shì)，基于融合堿性水電解和PEM水電解各自優(yōu)勢(shì)的研究思路，采用堿性固體電解質(zhì)替代PEM的堿性固體陰離子交換膜（AEM）水電解制氫技術(shù)成為新方向。另外選用聚芳醚酮和聚砜等廉價(jià)材料制備無(wú)氟質(zhì)子交換膜，也是質(zhì)子交換膜的發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)電解槽隔膜材料的不同，通常將水電解制氫分為堿性水電解、質(zhì)子交換膜電解水電解水。

質(zhì)子交換膜可普遍應(yīng)用于燃料電池、電解水、氯堿工業(yè)等領(lǐng)域。PEM燃料電池及電解水發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)都呈現(xiàn)出較快的需求增長(zhǎng)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(jìn)一步提升至82.7%，氫健康可見(jiàn)，全球PEM燃料電池出貨量高速增長(zhǎng)。依據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟對(duì)未來(lái)燃料電池系統(tǒng)成本的預(yù)測(cè)以及美國(guó)能源部披露的成本結(jié)構(gòu)，綜合測(cè)算，燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域每年為質(zhì)子交換膜帶來(lái)的市場(chǎng)增量將持續(xù)增長(zhǎng)，到2025年、2035年和2050年將分別為9.80億、49.01億和67.39億，非?？捎^。PEM水電解槽采用PEM傳導(dǎo)質(zhì)子，隔絕電極兩側(cè)的氣體，避免AWE使用強(qiáng)堿性液體電解質(zhì)所伴生的缺點(diǎn)。哪里可知大連化物所如何規(guī)劃質(zhì)子交換膜電堆

質(zhì)子交換膜上游主要包括基礎(chǔ)材料和過(guò)程材料兩個(gè)部分。哪里可知大連化物所如何規(guī)劃質(zhì)子交換膜電堆

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%。氫健康一方面，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。哪里可知大連化物所如何規(guī)劃質(zhì)子交換膜電堆

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