氫燃料電池的質(zhì)子交換膜樹脂

來源: 發(fā)布時間:2023-05-09

為此降低貴金屬Pt、Pd載量,開發(fā)適應(yīng)酸性環(huán)境的非貴金屬析氫催化劑成為研究熱點。氫健康膜電極中析氫、析氧電催化劑對整個水電解制氫反應(yīng)十分重要。理想電催化劑應(yīng)具有抗腐蝕性、良好的比表面積、氣孔率、催化活性、電子導(dǎo)電性、電化學(xué)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?,F(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(shù)快速推廣應(yīng)用。多數(shù)非貴金屬會腐蝕并可能與PEM中的磺酸根離子結(jié)合,進而降低PEM傳導(dǎo)質(zhì)子的能力。氫燃料電池的質(zhì)子交換膜樹脂

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、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度分為灰氫(煤制氫)、藍氫(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。誰知道考特利爾用德國哪家的質(zhì)子交換膜根據(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。

分析氧反應(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)子交換膜水電解槽(PEMWE)技術(shù)由于運行電流密度更大,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氧化強酸性介質(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。氫健康因此,從根本上了解反應(yīng)機理,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。

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(shù)較為成熟,造價成本也較低;但是氫健康與可再生能源適配性較差。其中,堿性電解水技術(shù)較為成熟,但無法快速調(diào)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(zhì)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(zhì)隔膜,目前仍處于實驗室階段。PEM電解水技術(shù)具有獨特優(yōu)勢。無污染、無腐蝕;擁有更高的質(zhì)子傳導(dǎo)性,提升電解效率;同時有更寬的負載范圍和更短的響應(yīng)啟動時間,與水電、風(fēng)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(jié)構(gòu)的發(fā)展。現(xiàn)階段,CO2捕集、封存技術(shù)(CCS)和CO2捕集、利用、封存技術(shù)因成本過高,暫時不具備經(jīng)濟性。

質(zhì)子交換膜水電解器(PEMWE)技術(shù)在可再生能源的電催化制氫方面受到關(guān)注。它具有立即響應(yīng)、更高的質(zhì)子電導(dǎo)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(shù),氫健康在揭示酸性介質(zhì)中動態(tài)OER的復(fù)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(zhì)中開發(fā)OER電催化劑的反應(yīng)和降解機制以及較新進展。此外,還在設(shè)備層面討論了PEM水電解的進展。然而,所開發(fā)的催化劑及相關(guān)裝置的性能與工業(yè)應(yīng)用仍有一定差距。貴金屬材料成本高,阻礙PEM水電解制氫技術(shù)快速推廣應(yīng)用。誰能告知西門子使用誰家的質(zhì)子交換膜

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(guān)。氫燃料電池的質(zhì)子交換膜樹脂

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。氫燃料電池的質(zhì)子交換膜樹脂

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