質子交換膜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，非常可觀。降低催化劑與電解槽的材料成本，是PEM水電解制氫技術發(fā)展的研究重點。燃料電池膜生產(chǎn)廠家
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水電解制氫技術帶來巨大的發(fā)展空間。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。氫健康應用推廣方面，當下電力系統(tǒng)中波動性可再生能源份額不斷上升，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。廣東離子交換膜供應商固體氧化物電解水制氫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。
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。
PEM水電解制得的氫氣純度高氫健康，而且其制氫負荷可以實現(xiàn)在0～1之間智能連續(xù)自動化控制，因而PEM水電解制氫逐步取代了傳統(tǒng)的堿水制氫和氫氣瓶組等方式。由于氫氣可以大規(guī)模長時間存儲，相對于其他儲能方式，在時間尺度和規(guī)模尺度上均有明顯優(yōu)勢；結合可再生能源電力的波動性，可以充分發(fā)揮氫氣的儲能優(yōu)點，并實現(xiàn)大規(guī)模低成本制氫。在PEM水電解過程中，電解槽陽極的析氧反應是該過程的速控步驟。陽極反應過電勢與陰極反應過電勢的大小，是水電解制氫效率高低的主要影響因素之一，通常陽極反應過電勢遠遠高于陰極反應過電勢。通常陽極反應過電勢遠遠高于陰極反應過電勢。
質子交換膜電解水水電解器(PEMWE)技術在可再生能源的電催化制氫方面受到關注。它具有立即響應、更高的質子電導率、更低的歐姆損耗和氣體交叉率的優(yōu)點。借助創(chuàng)新的實驗方法和先進的表征技術，在揭示酸性介質中動態(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果。本綜述重點介紹了在酸性介質中開發(fā)OER電催化劑的反應和降解機制以及較新進展。此外，還在設備層面討論了PEM水電解的進展。然而，氫健康所開發(fā)的催化劑及相關裝置的性能與工業(yè)應用仍有一定差距。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、質子交換膜電解水電解水。廣東離子交換膜供應商
資源儲量能否支撐整個PEM水電解制氫技術的未來發(fā)展，成為業(yè)內普遍關注的焦點。燃料電池膜生產(chǎn)廠家
除了降低催化劑貴金屬載量，提高催化劑活性和穩(wěn)定性外，膜電極制備工藝對降低電解系統(tǒng)成本，提高電解槽性能和壽命至關重要。根據(jù)催化層支撐體的不同，膜電極制備方法分為CCS法和CCM法。CCS法將催化劑活性組分直接涂覆在氣體擴散層，而CCM法則將催化劑活性組分直接涂覆在質子交換膜兩側，這是2種制作工藝較大的區(qū)別。與CCS法相比，CCM法催化劑利用率更高，大幅降低膜與催化層間的質子傳遞阻力，氫健康是膜電極制備的主流方法。氫健康在CCS法和CCM法基礎上，近年來新發(fā)展起來的電化學沉積法、超聲噴涂法以及轉印法成為研究熱點并具備應用潛力。新制備方法從多方向、多角度改進膜電極結構，克服傳統(tǒng)方法制備膜電極存在的催化層催化劑顆粒隨機堆放，氣體擴散層孔隙分布雜亂等結構缺陷，改善膜電極三相界面的傳質能力，提高貴金屬利用率，提升膜電極的電化學性能。燃料電池膜生產(chǎn)廠家
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