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(diǎn)。氫健康膜電極中析氫、析氧電催化劑對(duì)整個(gè)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(qiáng)酸性工作環(huán)境，易發(fā)生腐蝕、團(tuán)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。從金屬穩(wěn)定性角度來講，其穩(wěn)定性由高到低的順序?yàn)椋粒酰荆衪＞Ir＞Ｒｕ＞Ｏｓ。上海電解水隔膜制造
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。PEM燃料電池及電解水發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)都呈現(xiàn)出較快的需求增長(zhǎng)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(jìn)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(zhǎng)。依據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟對(duì)未來燃料電池系統(tǒng)成本的預(yù)測(cè)以及美國(guó)能源部披露的成本結(jié)構(gòu)，綜合測(cè)算，燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域每年為質(zhì)子交換膜帶來的市場(chǎng)增量將持續(xù)增長(zhǎng)，到2025年、2035年和2050年將分別為9.80億、49.01億和67.39億，非?？捎^。山東杜邦膜替代膜生產(chǎn)廠家按照目前用量水平來計(jì)算，1ＧＷ級(jí)PEM電解槽的Ir用量為500千克。
PEMWE的組裝方法，實(shí)際運(yùn)行條件，包括離聚物，膜，氣體擴(kuò)散層，極板，催化劑層在內(nèi)的各個(gè)組分都是影響PEMWE性能的關(guān)鍵參數(shù).對(duì)各個(gè)組分的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，同時(shí)對(duì)有實(shí)際應(yīng)用前景的催化劑進(jìn)行分析，包括負(fù)載型催化劑，銥/釕為主體的摻雜型催化劑。借助創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法和先進(jìn)表征技術(shù)發(fā)展在揭示酸介質(zhì)中動(dòng)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。氫健康但所開發(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。為了加快PEMWE的發(fā)展，深入理解電極反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過程，理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，對(duì)具有實(shí)際應(yīng)用前景的催化劑的進(jìn)一步發(fā)展，催化劑性能的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，對(duì)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究中水系模型和實(shí)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。
分析氧反應(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)子交換膜水電解槽（PEMWE）技術(shù)由于運(yùn)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(shì)吸引了普遍的研究及應(yīng)用.OER動(dòng)力學(xué)遲緩、貴金屬電極材料的有限選擇和催化劑在強(qiáng)氧化強(qiáng)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。氫健康因此，從根本上了解反應(yīng)機(jī)理，催化劑失活原因，周到總結(jié)OER催化劑以及目前在PEMWE實(shí)際應(yīng)用的現(xiàn)狀對(duì)于開發(fā)具有更好性能，更低成本PEMWE陽極催化劑，推動(dòng)相關(guān)電化學(xué)系統(tǒng)的商業(yè)化長(zhǎng)期穩(wěn)定性具有重要意義。析氫催化劑材料選擇耐腐蝕的Pt、Pd貴金屬及其合金為主。
作為媒介氫氣促進(jìn)可再生能源時(shí)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(yùn)輸部門建立起產(chǎn)業(yè)聯(lián)系，不斷豐富氫氣的應(yīng)用場(chǎng)景。這也為PEM水電解制氫技術(shù)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(guān)鍵材料有望明顯降低電解槽制造成本。氫健康應(yīng)用推廣方面，當(dāng)下電力系統(tǒng)中波動(dòng)性可再生能源份額不斷上升，未來幾十年這一趨勢(shì)仍將延續(xù)?？稍偕茉粗茪涫菃为?dú)綠色低碳制氫方式，不但能提高電網(wǎng)靈活性，而且可遠(yuǎn)距離運(yùn)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。由于資源的回收利用，資源的累計(jì)需求增長(zhǎng)率不斷減小，到2070年Ir的需求量為2t左右，增幅不大。上海電解水隔膜制造
灰氫、藍(lán)氫將會(huì)逐漸被基于可再生能源的綠氫所替代，綠氫是未來能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。上海電解水隔膜制造
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(yàn)，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。氫健康從時(shí)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(yùn)行靈活、利于快速變載，與風(fēng)電、光伏（發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)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(shì)。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。上海電解水隔膜制造
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