上海PEM膜電解水

在技術(shù)層面，電解水制氫主要分為AWE、PEM水電解，固體聚合物陰離子交換膜（AEM）水電解、固體氧化物（SOE）水電解。其中，AWE是較早工業(yè)化的水電解技術(shù)，已有數(shù)十年的應(yīng)用經(jīng)驗，較為成熟；PEM電解水技術(shù)近年來產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速，SOE水電解技術(shù)處于初步示范階段，而AEM水電解研究剛起步。氫健康從時間尺度上看，AWE技術(shù)在解決近期可再生能源的消納方面易于快速部署和應(yīng)用；但從技術(shù)角度看，PEM電解水技術(shù)的電流密度高、電解槽體積小、運(yùn)行靈活、利于快速變載，與風(fēng)電、光伏（發(fā)電的波動性和隨機(jī)性較大）具有良好的匹配性。隨著PEM電解槽的推廣應(yīng)用，其成本有望快速下降，必然是未來5~10a的發(fā)展趨勢。SOE、AEM水電解的發(fā)展則取決于相關(guān)材料技術(shù)的突破情況。固體氧化物電解水制氫采用固體氧化物為電解質(zhì)材料，適合在高溫環(huán)境下運(yùn)作，能效更高，但處于初期示范階段。上海PEM膜電解水

Ｉｒ資源儲量能否支撐整個PEM水電解制氫技術(shù)的未來發(fā)展，成為業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)，國外機(jī)構(gòu)對此進(jìn)行了相關(guān)研究預(yù)測。按照目前用量水平來計算，膜電極上的Ｉｒ用量為2ｍｇ/ｃｍ2，而膜電極典型運(yùn)行參數(shù)為4Ｗ/ｃｍ2，因而1ＧＷ級PEM電解槽的Ｉｒ用量為500ｋｇ。雖然Ｉｒ陽極催化劑成本在整個電解槽成本中占比不大，但若未來PEM水電解制氫技術(shù)大規(guī)模普及，其需求量會大幅度上升。目前，全世界Ｉｒ產(chǎn)量少于9ｔ?ａ，因此氫健康在PEM水電解技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用后，陽極催化劑的成本占比會逐漸提升。河北質(zhì)子交換膜制作系統(tǒng)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。

氫健康析氧反應(yīng)（OER）在水分解，CO2還原和可再生電燃料電池等各種電化學(xué)系統(tǒng)的陽極反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。質(zhì)子交換膜電解水水電解槽（PEMWE）技術(shù)由于運(yùn)行電流密度更大，產(chǎn)生氫氣純度更高，可利用間歇性可再生能源等優(yōu)勢吸引了普遍的研究及應(yīng)用.OER動力學(xué)遲緩、貴金屬電極材料的有限選擇和催化劑在強(qiáng)氧化強(qiáng)酸性介質(zhì)中的降解，以及PEMWE各組件選擇是PEMWE技術(shù)普遍應(yīng)用的主要瓶頸。因此，從根本上了解反應(yīng)機(jī)理，催化劑失活原因，周到總結(jié)OER催化劑以及目前在PEMWE實際應(yīng)用的現(xiàn)狀對于開發(fā)具有更好性能，更低成本PEMWE陽極催化劑，推動相關(guān)電化學(xué)系統(tǒng)的商業(yè)化長期穩(wěn)定性具有重要意義。

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，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(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材料制備無氟質(zhì)子交換膜，也是質(zhì)子交換膜的發(fā)展趨勢。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)的性能對比。

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(guān)鍵材料有望明顯降低電解槽制造成本。應(yīng)用推廣方面，當(dāng)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)。可再生能源制氫是單獨(dú)綠色低碳制氫方式，不但能提高電網(wǎng)靈活性，而且氫健康可遠(yuǎn)距離運(yùn)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(jìn)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(yùn)輸部門建立起產(chǎn)業(yè)聯(lián)系，不斷豐富氫氣的應(yīng)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。PEM燃料電池出貨量占比從44.9%進(jìn)一步提升至82.7%，可見，全球PEM燃料電池出貨量高速增長。廣東堿性電解水膜供應(yīng)商

氫氣的來源分為工業(yè)副產(chǎn)氫、化石燃料制氫、電解水制氫等途徑，差別在于原料的再生性、制氫成本。上海PEM膜電解水

氫健康氫利用的途徑主要是燃料電池移動動力、分布式電站、化工加氫，新興發(fā)展的是氫燃料汽輪機(jī)、氫氣冶金等。氫能的利用需要從制氫開始，由于氫氣在自然界極少以單質(zhì)形式存在，需要通過工業(yè)過程制取。氫氣的來源分為工業(yè)副產(chǎn)氫、化石燃料制氫、電解水制氫等途徑，差別在于原料的再生性、CO2排放、制氫成本。目前，世界上超過95%的氫氣制取來源于化石燃料重整，生產(chǎn)過程必然排放CO2；約4%~5%的氫氣來源于電解水，生產(chǎn)過程沒有CO2排放。制氫過程按照碳排放強(qiáng)度分為灰氫（煤制氫）、藍(lán)氫（天然氣制氫）、綠氫（電解水制氫、可再生能源）。氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初衷是零碳或低碳排放，因此灰氫、藍(lán)氫將會逐漸被基于可再生能源的綠氫所替代，綠氫是未來能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。上海PEM膜電解水

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