隨著日益增長(zhǎng)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(jìn)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(jìn)展、電解水制氫的示范項(xiàng)目情況，重點(diǎn)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(rèn)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(yùn)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(dòng)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(chǔ)運(yùn)與電解制氫的技術(shù)特征研判、我國(guó)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。堿性電解水技術(shù)較為成熟，造價(jià)成本也較低；但是與可再生能源適配性較差。風(fēng)能電解水先進(jìn)公司
PEM水電解制氫技術(shù)具備快速啟停優(yōu)勢(shì)，能匹配可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性，逐步成為P2G制氫主流技術(shù)。不同于堿性水電解和PEM水電解，高溫固體氧化物水電解制氫采用固體氧化物為電解質(zhì)材料，工作溫度800~1000℃，制氫過程電化學(xué)性能明顯提升，效率更高。SOEC電解槽電極采用非貴金屬催化劑，陰極材料選用多孔金屬陶瓷Ni/YSZ，陽(yáng)極材料選用鈣鈦礦氧化物，電解質(zhì)采用YSZ氧離子導(dǎo)體，全陶瓷材料結(jié)構(gòu)避免了材料腐蝕問題。高溫高濕的工作環(huán)境使電解槽選擇穩(wěn)定性高、持久性好、耐衰減的材料受到限制，也制約SOEC制氫技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的選擇與大規(guī)模推廣。上海電解水成本是多少所開發(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。
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(yáng)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(jìn)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(shì)，基于融合堿性水電解和PEM水電解各自優(yōu)勢(shì)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(jià)材料制備無(wú)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(shì)。
SOEC制氫技術(shù)由于固體氧化物的壽命和制氫規(guī)模的限制，暫時(shí)未達(dá)到工業(yè)應(yīng)用程度，但其制氫效率高，未來具有穩(wěn)定連續(xù)大規(guī)模制氫的潛力；ALK技術(shù)具備成本低、產(chǎn)氫規(guī)模大、技術(shù)成熟度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用較廣的水電解制氫技術(shù)，但是存在負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度小、啟動(dòng)響應(yīng)慢、需要堿液處理過程等缺點(diǎn)，特別不適合可再生能源電力波動(dòng)性的特點(diǎn)，只能從電網(wǎng)取電制氫。陰離子交換膜（AEM）水電解、堿性水電解（ALK）以及高溫固體氧化物（SOEC）水電解等4種水電解制氫技術(shù)的性能對(duì)比?？芍涸诟鞣N水電解制氫技術(shù)中，AEM技術(shù)成熟度低，目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，但是由于其不使用貴金屬催化劑，同時(shí)兼具PEM和ALK制氫的優(yōu)點(diǎn)，未來將會(huì)成為取代PEM制氫的替代技術(shù)。堿性電解水技術(shù)較為成熟，但無(wú)法快速調(diào)節(jié)制氫速度，與可再生能源適配性較差。
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(yīng)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(diǎn)，提高本征活性，以盡量減少貴金屬消耗,同時(shí)兼顧長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性是催化劑設(shè)計(jì)必須面臨的問題。對(duì)于負(fù)載催化劑，金屬-載體相互作用和基底的導(dǎo)電性至關(guān)重要。本節(jié)討論酸性O(shè)ER材料發(fā)展，并強(qiáng)調(diào)從機(jī)理分析性能提高.對(duì)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(wú)機(jī)金屬和非金屬材料進(jìn)行周到綜述。氫能在能源供給側(cè)和消費(fèi)終端轉(zhuǎn)型發(fā)展中可以發(fā)揮重要作用。上海電解水成本是多少
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。風(fēng)能電解水先進(jìn)公司
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%，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^。風(fēng)能電解水先進(jìn)公司
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