質子交換膜（PEM）在氫燃料電池、電解水制氫氣等領域中所交換的陽離子為質子，氫健康又被稱為離子膜。質子交換膜處于有機氟化工產業(yè)鏈末端，其上游是有機氟化工的單體材料，下游是基于質子交換膜的氯堿工業(yè)、燃料電池、電解水、儲能電池等應用領域。目前產業(yè)化應用的均為全氟質子交換膜，質子交換膜使用的是全氟磺酸樹脂，離子膜使用全氟磺酸樹脂、全氟羧酸樹脂的復合膜。全氟磺酸樹脂具有強酸性，全氟羧酸樹脂具有弱酸性，更能夠適應氯堿工業(yè)中的堿性環(huán)境。盡管目前全氟磺酸PEM應用較普遍，但仍存在成本較高、尺寸穩(wěn)定性較差、溫度升高會降低質子傳導性的缺點。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(xiàn)碳中和。山東離子膜制作系統(tǒng)
隨著日益增長的低碳減排需求，氫的綠色制取技術受到普遍重視，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，涵蓋技術分類、堿水制氫應用、質子交換膜（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)化電解槽結構，有助于提高PEM電解槽的性能并降低設備成本；PEM電解水制氫技術的運行電流密度高、能耗低、產氫壓力高，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合，是電解水制氫的適宜方案。氫健康結合氫儲運與電解制氫的技術特征研判、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，通過電解水制氫產生高壓氫。山東電解制氫膜廠家現(xiàn)階段，CO2捕集、封存技術（CCS）和CO2捕集、利用、封存技術因成本過高，暫時不具備經濟性。
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。
在市場化進程方面，堿水電解（AWE）作為較為成熟的電解技術占據(jù)著主導地位，尤其是一些大型項目的應用。AWE采用氫氧化鉀（KOH）水溶液為電解質，以石棉為隔膜，分離水產生氫氣和氧氣，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較低，但產氣中含堿液、水蒸氣等，需經輔助設備除去；另一方面，AWE難以快速啟動或變載、無法快速調節(jié)制氫的速度，因而與可再生能源發(fā)電的適配性較差。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。
膜電極中析氫、析氧電催化劑對整個水電解制氫反應十分重要。理想電催化劑應具有抗腐蝕性、良好的比表面積、氣孔率、催化活性、電子導電性、電化學穩(wěn)定性以及成本低廉、環(huán)境友好等特征。陰極析氫電催化劑處于強酸性工作環(huán)境，易發(fā)生腐蝕、團聚、流失等問題，為保證電解槽性能和壽命，析氫催化劑材料選擇耐腐蝕的Pt、Pd貴金屬及其合金為主。現(xiàn)有商業(yè)化析氫催化劑Pt載量為0.4~0.6mg/cm2，貴金屬材料成本高，阻礙PEM水電解制氫技術快速推廣應用。為此降低貴金屬Pt、Pd載量，開發(fā)適應酸性環(huán)境的非貴金屬析氫催化劑成為研究熱點。由于資源的回收利用，資源的累計需求增長率不斷減小，到2070年Ir的需求量為2t左右，增幅不大。河北杜邦膜替代膜技術
PEM燃料電池出貨量占比從44.9%進一步提升至82.7%，可見，全球PEM燃料電池出貨量高速增長。山東離子膜制作系統(tǒng)
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(xiàn)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(jù)中國氫能聯(lián)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^。山東離子膜制作系統(tǒng)
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