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(yīng)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(yīng)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、我國輸氫需求，提出發(fā)展建議：利用西北、西南、東北等區(qū)域豐富的可再生能源，通過電解水制氫產(chǎn)生高壓氫。PEM電解水制氫是極具發(fā)展前景的綠色制氫技術(shù)路徑。河北全氟磺酸電解水設(shè)備
氫氣比重小、擴散快，其導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的８.4倍，因此常被用作發(fā)電機組的冷卻劑，可以大幅降低風(fēng)摩擦損耗，對于1ＧＷ的發(fā)電機組，氫氣純度每提高1％，可以節(jié)約22８ｋＷ的能源。與ALK技術(shù)對比，PEM水電解制氫技術(shù)啟停速度快、負荷波動范圍廣、產(chǎn)氫壓力高，尤其適合利用可再生能源電力（尤其是離網(wǎng)電力）制氫，是實現(xiàn)大規(guī)模水電解制氫應(yīng)用較有效的方式之一。此外，它還可以實現(xiàn)對風(fēng)電、水電、光伏電等電力能源的調(diào)峰運行和對棄電資源的充分利用，因而成為大規(guī)模、高效儲能的重要方式之一。江蘇風(fēng)能電解水設(shè)備質(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。
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(xué)穩(wěn)定性、質(zhì)子傳導(dǎo)性、氣體分離性的全氟磺酸質(zhì)子交換膜作為固體電解質(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、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)子交換膜組成膜電極，是整個水電解槽物料傳輸以及電化學(xué)反應(yīng)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(yīng)用的重要方向。
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。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。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。
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(biāo)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(biāo)，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。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ΑＩ綎|風(fēng)能電解水裝置
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、陰陽極端板等。河北全氟磺酸電解水設(shè)備
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(biāo)，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(biāo)的重要抓手。河北全氟磺酸電解水設(shè)備
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