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)子交換膜電解水，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)子交換膜電解水，也是質(zhì)子交換膜電解水的發(fā)展趨勢。所開發(fā)的催化劑及相關(guān)器件的性能與工業(yè)應用之間仍存在一定的差距。廣東太陽能電解水哪家好膜電極中析氫、析氧電催化劑對整個水電解...

吸附氧化機理(AEM)和晶格氧反應機理(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,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，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...

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。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、運行靈活、利于快速變載，與風電、光伏（發(fā)電的波動性和隨機性較大）具有良好的匹配性。隨著PEM電解槽的推廣應用，其成本有望快速下降，必然是未來5~10a的發(fā)展趨勢。SOE、AEM...

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。吸附氧化機理(AEM)和晶格氧反應機理(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,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...

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。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、運行靈活、利于快速變載，與風電、光伏（發(fā)電的波動性和隨機性較大）具有良好的匹配性。隨著PEM電解槽的推廣應用，其成本有望快速下降，必然是未來5~10a的發(fā)展趨勢。SOE、AEM...

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、更高的質(zhì)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(shù)，在揭示酸性介質(zhì)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(zhì)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(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)應用仍有一定差距?，F(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?。山東Fumatech電解水價格在技術(shù)層面，電解水制氫技術(shù)可分為堿性電解水制氫(ALK)、...

隨著日益增長的低碳減排需求，氫的綠色制取技術(shù)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(shù)，涵蓋技術(shù)分類、堿水制氫應用、質(zhì)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(jié)構(gòu)，有助于提高PEM電解槽的性能并降低設(shè)備成本；PEM電解水制氫技術(shù)的運行電流密度高、能耗低、產(chǎn)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(jié)合，是電解水制氫的適宜方案。結(jié)合氫儲運與電解制氫的技術(shù)特征研判、我國輸氫需...

堿性水電解制氫電解槽隔膜主要由石棉組成，起分離氣體的作用。陰極、陽極主要由金屬合金組成，如Ni-Mo合金等，分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣。工業(yè)上堿性水電解槽的電解液通常采用KOH溶液，質(zhì)量分數(shù)20%~30%，電解槽操作溫度70~80℃，工作電流密度約0.25A/cm2，產(chǎn)生氣體壓力0.1~3.0MPa，總體效率62%~82%。堿性水電解制氫技術(shù)成熟，投資、運行成本低，但存在堿液流失、腐蝕、能耗高等問題。水電解槽制氫設(shè)備開發(fā)是國內(nèi)外堿性水電解制氫研究熱點?？稍偕茉醇铀侔l(fā)展使得大規(guī)模消納可再生能源成為突出問題。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。航天電解水制取...

我國將氫能作為戰(zhàn)略能源技術(shù)，給予持續(xù)的政策支持，推動產(chǎn)業(yè)化進程。在政策、資金等多因素疊加催化下，近幾年國內(nèi)加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)與裝備得到發(fā)展，形成長三角、珠三角、京津冀等氫能產(chǎn)業(yè)熱點區(qū)域。水電解制氫是指水分子在直流電作用下被解離生成氧氣和氫氣，分別從電解槽陽極和陰極析出。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（AE）、質(zhì)子交換膜電解水電解水（PEM）水電解以及高溫固體氧化物水電解（SOEC）。目前SOEC制氫技術(shù)仍處于實驗階段。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。河北全氟磺酸電解水裝置陽極反應過電勢與陰極反應過電勢的...

在市場化進程方面，堿水電解（AWE）作為較為成熟的電解技術(shù)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(zhì)，以石棉為隔膜，分離水產(chǎn)生氫氣和氧氣，效率通常在70%~80%。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(chǎn)氣中含堿液、水蒸氣等，需經(jīng)輔助設(shè)備除去；另一方面，AWE難以快速啟動或變載、無法快速調(diào)節(jié)制氫的速度，因而與可再生能源發(fā)電的適配性較差。下游應用方面，質(zhì)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(lǐng)域。河北AEM電解水制備過去5年電解槽成本已下降了40%，但是投資和運行成本高仍...

質(zhì)子交換膜（PEM）在氫燃料電池、電解水制氫氣等領(lǐng)域中所交換的陽離子為質(zhì)子，又被稱為離子膜。質(zhì)子交換膜處于有機氟化工產(chǎn)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(zhì)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(lǐng)域。目前產(chǎn)業(yè)化應用的均為全氟質(zhì)子交換膜，質(zhì)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(zhì)子傳導性的缺點。質(zhì)子交換膜作為氫燃料電池中心部件，其質(zhì)量好壞直接影響電池的使用壽命。江蘇堿性電...

隨著可再生能源發(fā)電裝機容量不斷上升、比例不斷增加、可再生能源電力價格不斷下降；同時，結(jié)合碳稅、碳交易等利好政策，水電解制氫的經(jīng)濟性將明顯提高；而且，利用可再生能源電力的水電解制氫具備幾乎碳零排放的優(yōu)勢，因此在各種制氫方式中，水電解制氫的占比將大幅提升，成為實現(xiàn)“雙碳”目標的重要抓手?，F(xiàn)階段，CO2捕集、封存技術(shù)（CCS）和CO2捕集、利用、封存技術(shù)（CCUS）因成本過高，暫時不具備經(jīng)濟性。而為了實現(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。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。廣東凈水器電解水膜現(xiàn)階段，氫氣主要...

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電、水電制氫的20倍，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...

與堿性水電解制氫相比，PEM水電解制氫工作電流密度更高（?1A/cm2），總體效率更高（74%~87%），氫氣體積分數(shù)更高（>99.99%），產(chǎn)氣壓力更高（3~4MPa），動態(tài)響應速度更快，能適應可再生能源發(fā)電的波動性，被認為是極具發(fā)展前景的水電解制氫技術(shù)。目前PEM水電解制氫技術(shù)已在加氫站現(xiàn)場制氫、風電等可再生能源電解水制氫、儲能等領(lǐng)域得到示范應用并逐步推廣。過去5年電解槽成本已下降了40%，但是投資和運行成本高仍然是PEM水電解制氫亟待解決的主要問題，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)。為此降低催化劑與電解槽的材料成本，特別是陰、陽極電催化劑的貴金屬載量，提高電解槽的效率...

現(xiàn)階段，CO2捕集、封存技術(shù)（CCS）和CO2捕集、利用、封存技術(shù)（CCUS）因成本過高，暫時不具備經(jīng)濟性。而為了實現(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。隨著可再生能源發(fā)電裝機容量不斷上升、比例不斷增加、可再生能源電力價格不斷下降；同時，結(jié)合碳稅、碳交易等利好政策，水電解制氫的經(jīng)濟性將明顯提高；而且，利用可再生能源電力的水電解制氫具備幾乎碳零排放的優(yōu)勢，因此在各種制氫方式中，水電解制氫的占比將大幅提升，成為實現(xiàn)“雙碳”目標的重要抓手。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。Fumatech電解水生產(chǎn)廠家在未來前20年中因...

質(zhì)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(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%，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(jié)構(gòu)，綜合測算，燃料電池應用領(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^。對于負載催化劑，金屬-載體相互作用和基底的導電性至關(guān)重要。江蘇Fumatech電解水通過...

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)子傳導性，提升電解效率；同時有更寬的負載...

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。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(shù)快速推廣應用。質(zhì)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(lǐng)域。陰離子電解水膜氫燃料電池車...

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。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?，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)快速推廣應用。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。...

在酸性介質(zhì)中貴金屬Ru和Ir基催化劑具有優(yōu)異的活性和可應用性,優(yōu)于其他鉑族金屬（如Rh、Pd和Pt）.盡可能多地暴露活性位點，提高本征活性，以盡量減少貴金屬消耗,同時兼顧長期運行的穩(wěn)定性是催化劑設(shè)計必須面臨的問題。對于負載催化劑，金屬-載體相互作用和基底的導電性至關(guān)重要。本節(jié)討論酸性O(shè)ER材料發(fā)展，并強調(diào)從機理分析性能提高.對金屬性質(zhì)(合金,單原子等)催化劑,氧化物(釕/銥氧化物,非貴金屬氧化物),金屬氧酸鹽類(鈣鈦礦,燒綠石,其它氧酸鹽類),其它無機金屬和非金屬材料進行周到綜述。隨著PEM電解槽的推廣應用，其成本有望快速下降，必然是未來5~10a的發(fā)展趨勢。上海純水電解水制備質(zhì)子交換膜可普遍...

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。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(shù)帶來巨大的發(fā)展空間。吸附氧化機理(AEM)和晶...

區(qū)別于堿性水電解制氫，PEM水電解制氫選用具有良好化學穩(wěn)定性、質(zhì)子傳導性、氣體分離性的全氟磺酸質(zhì)子交換膜電解水電解水作為固體電解質(zhì)替代石棉膜，能有效阻止電子傳遞，提高電解槽安全性。PEM水電解槽主要部件由內(nèi)到外依次是質(zhì)子交換膜電解水電解水、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端板等。其中擴散層、催化層與質(zhì)子交換膜電解水電解水組成膜電極，是整個水電解槽物料傳輸以及電化學反應的主場所，膜電極特性與結(jié)構(gòu)直接影響PEM水電解槽的性能和壽命。將可再生能源發(fā)電轉(zhuǎn)化為氫氣，可提高電力系統(tǒng)靈活性，正成為可再生能源發(fā)展和應用的重要方向。所開發(fā)的催化劑及相關(guān)器件的性能與工業(yè)應用之間仍存在一定的差距。山東大電流密...

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。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?，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)快速推廣應用。PEM水電解槽主要部件由內(nèi)到外依次是質(zhì)子交換膜、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端...

在酸性介質(zhì)中貴金屬Ru和Ir基催化劑具有優(yōu)異的活性和可應用性,優(yōu)于其他鉑族金屬（如Rh、Pd和Pt）.盡可能多地暴露活性位點，提高本征活性，以盡量減少貴金屬消耗,同時兼顧長期運行的穩(wěn)定性是催化劑設(shè)計必須面臨的問題。對于負載催化劑，金屬-載體相互作用和基底的導電性至關(guān)重要。本節(jié)討論酸性O(shè)ER材料發(fā)展，并強調(diào)從機理分析性能提高.對金屬性質(zhì)(合金,單原子等)催化劑,氧化物(釕/銥氧化物,非貴金屬氧化物),金屬氧酸鹽類(鈣鈦礦,燒綠石,其它氧酸鹽類),其它無機金屬和非金屬材料進行周到綜述。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。上海風能電解水價格與ALK技術(shù)對比，PE...