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。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)。可再生能源制氫是單獨綠色低碳制氫方式，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。相對于其他儲能方式，氫能具備規(guī)模優(yōu)勢；在能源消費終端，氫能可以實現(xiàn)零排放、零污染，減少碳排放。河北堿性電解水裝置
作為水電解槽膜電極的中心部件，質(zhì)子交換膜電解水電解水不但傳導質(zhì)子，隔離氫氣和氧氣，而且還為催化劑提供支撐，其性能的好壞直接決定水電解槽的性能和使用壽命。長期被國外少數(shù)廠家壟斷，質(zhì)子交換膜電解水電解水價格高達幾百~幾千美元/m2。為降低膜成本，提高膜性能，國內(nèi)外重點攻關改性全氟磺酸質(zhì)子交換膜電解水電解水、有機/無機納米復合質(zhì)子交換膜電解水電解水和無氟質(zhì)子交換膜電解水電解水。全氟磺酸膜改性研究聚焦聚合物改性、膜表面刻蝕改性以及膜表面貴金屬催化劑沉積3種途徑。通過引入無機組分制備有機/無機納米復合質(zhì)子交換膜電解水電解水，使其兼具有機膜柔韌性和無機膜良好熱性能、化學穩(wěn)定性和力學性能，成為近幾年的研究熱點。江蘇大電流密度電解水成本是多少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。
隨著日益增長的低碳減排需求，氫的綠色制取技術受到普遍重視，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，涵蓋技術分類、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，有助于提高PEM電解槽的性能并降低設備成本；PEM電解水制氫技術的運行電流密度高、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。
目前，全世界的氫產(chǎn)量約為70Ｍｔ?ａ，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?，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)。PEM電解水技術具有獨特優(yōu)勢。
在市場化進程方面，堿水電解（AWE）作為較為成熟的電解技術占據(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。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。廣東AEM電解水機
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。河北堿性電解水裝置
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(zhì)子交換膜兩側(cè)，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(zhì)子傳遞阻力，是膜電極制備的主流方法。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(zhuǎn)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(jié)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(jié)構缺陷，改善膜電極三相界面的傳質(zhì)能力，提高貴金屬利用率，提升膜電極的電化學性能。河北堿性電解水裝置
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