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(yīng)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(yīng)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(yīng)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水電解的發(fā)展則取決于相關(guān)材料技術(shù)的突破情況。PEM電解水技術(shù)具有獨特優(yōu)勢。電解水成本是多少
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(yīng)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(yīng)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。電解水成本是多少長期被國外少數(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。
PEM水電解槽采用PEM傳導質(zhì)子，隔絕電極兩側(cè)的氣體，避免AWE使用強堿性液體電解質(zhì)所伴生的缺點。PEM水電解槽以PEM為電解質(zhì)，以純水為反應(yīng)物，加之PEM的氫氣滲透率較低，產(chǎn)生的氫氣純度高，但需脫除水蒸氣；電解槽采用零間距結(jié)構(gòu)，歐姆電阻較低，明顯提高電解過程的整體效率，且體積更為緊湊；壓力調(diào)控范圍大，氫氣輸出壓力可達數(shù)兆帕，適應(yīng)快速變化的可再生能源電力輸入。因此，PEM電解水制氫是極具發(fā)展前景的綠色制氫技術(shù)路徑。由于PEM電解槽的陽極處于強酸性環(huán)境（pH≈2）、電解電壓為1.4~2.0V，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傳導質(zhì)子的能力。PEM電解槽的電催化劑研究主要是Ir、Ru等貴金屬/氧化物及其二元、三元合金/混合氧化物，以鈦材料為載體的負載型催化劑。
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(guān)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)子交換膜電解水電解水兩側(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(chǔ)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(yīng)用潛力。新制備方法從多方向、多角度改進膜電極結(jié)構(gòu)，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(gòu)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。它具有立即響應(yīng)、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。
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。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。高功率電解水代理
質(zhì)子交換膜可普遍應(yīng)用于燃料電池、電解水、氯堿工業(yè)等領(lǐng)域。電解水成本是多少
為了加快PEMWE的發(fā)展，深入理解電極反應(yīng)的動態(tài)過程,理論計算和實驗的結(jié)合,對具有實際應(yīng)用前景的催化劑的進一步發(fā)展,催化劑性能的評價準則,對實驗室基礎(chǔ)研究中水系模型和實際操作差異的理解,集成膜電極組件的開發(fā)需要更多的研究。PEMWE的組裝方法,實際運行條件,包括離聚物,膜,氣體擴散層,極板,催化劑層在內(nèi)的各個組分都是影響PEMWE性能的關(guān)鍵參數(shù).對各個組分的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀進行綜述,同時對有實際應(yīng)用前景的催化劑進行分析,包括負載型催化劑,銥/釕為主體的摻雜型催化劑。借助創(chuàng)新實驗方法和先進表征技術(shù)發(fā)展在揭示酸介質(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就。但所開發(fā)的催化劑及相關(guān)器件的性能與工業(yè)應(yīng)用之間仍存在一定的差距。電解水成本是多少
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