上海Fumatech膜項目公司

來源: 發(fā)布時間:2022-05-29

我國將氫能作為戰(zhàn)略能源技術,給予持續(xù)的政策支持,推動產業(yè)化進程。在政策、資金等多因素疊加催化下,近幾年國內加氫站等基礎設施、產業(yè)鏈關鍵技術與裝備得到發(fā)展,形成長三角、珠三角、京津冀等氫能產業(yè)熱點區(qū)域。氫健康水電解制氫是指水分子在直流電作用下被解離生成氧氣和氫氣,分別從電解槽陽極和陰極析出。根據電解槽隔膜材料的不同,通常將水電解制氫分為堿性水電解(AE)、質子交換膜電解水電解水(PEM)水電解以及高溫固體氧化物水電解(SOEC)。目前SOEC制氫技術仍處于實驗階段。在CCS法和CCM法基礎上,電化學沉積法、超聲噴涂法以及轉印法成為研究熱點并具備應用潛力。上海Fumatech膜項目公司

Ir資源儲量能否支撐整個PEM水電解制氫技術的未來發(fā)展,成為業(yè)內普遍關注的焦點,國外機構對此進行了相關研究預測。按照目前用量水平來計算,膜電極上的Ir用量為2mg/cm2,而膜電極典型運行參數為4W/cm2,因而1GW級PEM電解槽的Ir用量為500kg。雖然Ir陽極催化劑成本在整個電解槽成本中占比不大,但若未來PEM水電解制氫技術大規(guī)模普及,其需求量會大幅度上升。目前,全世界Ir產量少于9t?a,因此氫健康在PEM水電解技術大規(guī)模應用后,陽極催化劑的成本占比會逐漸提升。廣東離子膜前景為提高膜性能,國內外重點攻關改性全氟磺酸質子交換膜、納米復合質子交換膜和無氟質子交換膜。

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子交換膜兩側,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子傳遞阻力,氫健康是膜電極制備的主流方法。氫健康在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構缺陷,改善膜電極三相界面的傳質能力,提高貴金屬利用率,提升膜電極的電化學性能。

PEM水電解槽采用PEM傳導質子,隔絕電極兩側的氣體,避免AWE使用強堿性液體電解質所伴生的缺點。PEM水電解槽以PEM為電解質,以純水為反應物,加之PEM的氫氣滲透率較低,產生的氫氣純度高,但需脫除水蒸氣;電解槽采用零間距結構,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;壓力調控范圍大,氫氣輸出壓力可達數兆帕,適應快速變化的可再生能源電力輸入。氫健康因此,PEM電解水制氫是極具發(fā)展前景的綠色制氫技術路徑。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,多數非貴金屬會腐蝕并可能與PEM中的磺酸根離子結合,進而降低PEM傳導質子的能力。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。PEM水電解槽采用PEM傳導質子,隔絕電極兩側的氣體,避免AWE使用強堿性液體電解質所伴生的缺點。

氫健康氫利用的途徑主要是燃料電池移動動力、分布式電站、化工加氫,新興發(fā)展的是氫燃料汽輪機、氫氣冶金等。氫能的利用需要從制氫開始,由于氫氣在自然界極少以單質形式存在,需要通過工業(yè)過程制取。氫氣的來源分為工業(yè)副產氫、化石燃料制氫、電解水制氫等途徑,差別在于原料的再生性、CO2排放、制氫成本。目前,世界上超過95%的氫氣制取來源于化石燃料重整,生產過程必然排放CO2;約4%~5%的氫氣來源于電解水,生產過程沒有CO2排放。制氫過程按照碳排放強度分為灰氫(煤制氫)、藍氫(天然氣制氫)、綠氫(電解水制氫、可再生能源)。氫能產業(yè)發(fā)展初衷是零碳或低碳排放,因此灰氫、藍氫將會逐漸被基于可再生能源的綠氫所替代,綠氫是未來能源產業(yè)的發(fā)展方向。需要強調的是,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。河北電解水隔膜價格

借助先進表征技術發(fā)展在揭示酸介質中動態(tài)OER的復雜性和開發(fā)高效穩(wěn)定的電催化劑方面取得了重要成就。上海Fumatech膜項目公司

與ALK技術對比,氫健康PEM水電解制氫技術啟停速度快、負荷波動范圍廣、產氫壓力高,尤其適合利用可再生能源電力(尤其是離網電力)制氫,是實現大規(guī)模水電解制氫應用較有效的方式之一。此外,它還可以實現對風電、水電、光伏電等電力能源的調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。氫氣比重小、擴散快,其導熱系數是空氣的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。上海Fumatech膜項目公司

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