不同催化材料的陽極過電勢通常為200～500ｍＶ。在高電位、氧化、酸性環(huán)境下氫健康，PEM電解槽對陽極催化劑材料的要求極為苛刻，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，其在水電解過程中越容易溶解，穩(wěn)定性越差。例如：從金屬活性角度來講，金屬活性由高到低的順序為Ｏｓ＞Ｒｕ＞Ｉｒ＞Ｐｔ＞Ａｕ；但從金屬穩(wěn)定性角度來講，其穩(wěn)定性由高到低的順序為Ａｕ＞Ｐｔ＞Ｉｒ＞Ｒｕ＞Ｏｓ。綜合活性和穩(wěn)定性等因素，目前工業(yè)上選用的PEM電解槽陽極催化劑以銥黑以及ＩｒＯ2等為主。在技術(shù)層面，電解水制氫技術(shù)可分為堿性電解水制氫(ALK)、質(zhì)子交換膜電解水制氫(PEM)。江蘇膜生產(chǎn)廠家
隨著日益增長的低碳減排需求，氫的綠色制取技術(shù)受到普遍重視，利用可再生能源進行電解水制氫是目前眾多氫氣來源方案中碳排放較低的工藝。本文梳理了氫能需求和規(guī)劃的進展、電解水制氫的示范項目情況，重點分析了電解水制氫技術(shù)，涵蓋技術(shù)分類、堿水制氫應用、質(zhì)子交換膜（PEM）電解水制氫。研究認為，提升電催化劑活性、提高膜電極中催化劑的利用率、改善雙極板表面處理工藝、優(yōu)化電解槽結(jié)構(gòu)，有助于提高PEM電解槽的性能并降低設備成本；PEM電解水制氫技術(shù)的運行電流密度高、能耗低、產(chǎn)氫壓力高，適應可再生能源發(fā)電的波動性特征、易于與可再生能源消納相結(jié)合，是電解水制氫的適宜方案。氫健康結(jié)合氫儲運與電解制氫的技術(shù)特征研判、我國輸氫需求，提出發(fā)展建議：利用西北、西南、東北等區(qū)域豐富的可再生能源，通過電解水制氫產(chǎn)生高壓氫。廣東堿性制氫膜價格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。
堿性水電解制氫氫健康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)量分數(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。水電解槽制氫設備開發(fā)是國內(nèi)外堿性水電解制氫研究熱點?？稍偕茉醇铀侔l(fā)展使得大規(guī)模消納可再生能源成為突出問題。
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。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，氫健康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，而且氫健康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。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(shù)帶來巨大的發(fā)展空間。高溫高濕的工作環(huán)境使電解槽選擇穩(wěn)定性高、持久性好、耐衰減的材料受到限。
現(xiàn)階段，氫氣主要用作工業(yè)原料，但在發(fā)電、供熱、交通燃料等領域有巨大發(fā)展?jié)摿?。隨著可再生能源發(fā)電比例和規(guī)模不斷提升，間歇性電力“削峰填谷”的儲能作用將得到普遍體現(xiàn)。目前，全世界的氫產(chǎn)量約為70Ｍｔ，主要消費方向以石油煉制、化工原料為主。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟研究院發(fā)布的數(shù)據(jù)，當單位制氫的碳排放（CO2）不高于4.9ｋｇ/ｋｇ時，制備的氫氣才是清潔的煤制氫的碳排放強度接近風電、水電制氫的20倍，氫健康天然氣制氫的碳排放強度也很高，兩種方式制氫的碳排放均遠超清潔制氫的碳排放標準；而以可再生資源發(fā)電，進行水電解制氫則能夠滿足清潔氫氣的碳排放標準。需要強調(diào)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；而利用不可再生能源電力制取的氫氣，從全生命周期來看，同樣存在碳排放量大的問題。因此，水電解制氫是否屬于清潔氫，要根據(jù)電網(wǎng)電力的種類來判斷。貴金屬材料成本高，阻礙PEM水電解制氫技術(shù)快速推廣應用。廣東堿性制氫膜價格
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。江蘇膜生產(chǎn)廠家
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(jié)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。氫健康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(nèi)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(shù)發(fā)展在揭示酸介質(zhì)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。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。江蘇膜生產(chǎn)廠家
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