質(zhì)子交換膜電解水可普遍應(yīng)用于燃料電池、電解水、氯堿工業(yè)等領(lǐng)域。PEM燃料電池及電解水發(fā)展迅速，國內(nèi)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(yù)測以及美國能源部披露的成本結(jié)構(gòu)，綜合測算，燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域每年為質(zhì)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^。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?？煞裰来救A氫能用的質(zhì)子交換膜
吸附氧化機理(AEM)和晶格氧反應(yīng)機理(LOM)是在酸性介質(zhì)中被認為較合理的兩種機理。催化劑通過哪一機理發(fā)生催化反應(yīng)，選擇單位點還是雙位點途徑和材料本身的電子結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系，結(jié)晶度好的氧化物幾乎沒有缺陷，傾向于采用AEM，在單個活性金屬位點上通過*OOH中間體，即所謂的酸堿途徑，或者在兩個相鄰的金屬位點上，氫健康通過*O中間體，即O-O直接耦合途徑.而在具有豐富氧空位的無定形金屬氧化物和一些具有高金屬氧共價的鈣鈦礦中，晶格氧機理發(fā)生在遭受水親核攻擊的單個活性氧位點或通過兩個相鄰反應(yīng)晶格氧原子的直接耦合，產(chǎn)生的氧空位將被水分子或大量氧原子補充，同時由此產(chǎn)生的不飽和金屬位點更容易溶解，帶來催化劑穩(wěn)定性問題。可否知道Areva用的質(zhì)子交換膜目前PEM水電解制氫技術(shù)已在加氫站現(xiàn)場制氫、儲能等領(lǐng)域得到示范應(yīng)用并逐步推廣。
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，國外機構(gòu)對此進行了相關(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。
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。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。氫能的應(yīng)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(yīng)制成有機化學(xué)品，實現(xiàn)碳中和。
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。借助創(chuàng)新的實驗方法，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。可否知道蘇州競力用的質(zhì)子交換膜
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?？煞裰来救A氫能用的質(zhì)子交換膜
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(lǐng)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(fēng)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?？煞裰来救A氫能用的質(zhì)子交換膜
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