膜電極中析氫、析氧電催化劑對整個水電解制氫反應(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。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)。PEM電解水系統(tǒng)的占地面積小，尤其適合“海上風(fēng)電”。誰知道大連化物所PEM電解水用的質(zhì)子交換膜
不同催化材料的陽極過電勢通常為200～500ｍＶ。在高電位、氧化、酸性環(huán)境下，PEM電解槽對陽極催化劑材料的要求極為苛刻，能滿足該要求的催化材料但限于某些貴金屬。通常，活性越高的金屬，其在水電解過程中越容易溶解，穩(wěn)定性越差。例如：從金屬活性角度來講，金屬活性由高到低的順序?yàn)椋希螅荆遥酰荆桑颍荆校簦荆粒?；但從金屬穩(wěn)定性角度來講，其穩(wěn)定性由高到低的順序?yàn)椋粒酰荆校簦荆桑颍荆遥酰荆希?。綜合活性和穩(wěn)定性等因素，目前工業(yè)上選用的PEM電解槽陽極催化劑以銥黑以及ＩｒＯ2等為主。有誰知道凱豪達(dá)PEM電解水用的德國膜風(fēng)機(jī)等設(shè)備上使用PEM電解水設(shè)備，因?yàn)槠潴w積比較小。
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)子交換膜電解水水電解槽（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)勢吸引了普遍的研究及應(yīng)用.OER動力學(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。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)狀對于開發(fā)具有更好性能,更低成本PEMWE陽極催化劑,推動相關(guān)電化學(xué)系統(tǒng)的商業(yè)化長期穩(wěn)定性具有重要意義。
我國將氫能作為戰(zhàn)略能源技術(shù)，給予持續(xù)的政策支持，推動產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。在政策、資金等多因素疊加催化下，近幾年國內(nèi)加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)與裝備得到發(fā)展，形成長三角、珠三角、京津冀等氫能產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)區(qū)域。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(jù)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(zhì)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(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)階段。PEM電解水的發(fā)展路徑還比較多，好的技術(shù)方案還在拓展當(dāng)中。
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(shù)大規(guī)模普及，其需求量會大幅度上升。目前，全世界Ｉｒ產(chǎn)量少于9ｔ?ａ，因此在PEM水電解技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用后，陽極催化劑的成本占比會逐漸提升。Ｉｒ資源儲量能否支撐整個PEM水電解制氫技術(shù)的未來發(fā)展，成為業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)，國外機(jī)構(gòu)對此進(jìn)行了相關(guān)研究預(yù)測。按照目前用量水平來計(jì)算，膜電極上的Ｉｒ用量為2ｍｇ?ｃｍ2，而膜電極典型運(yùn)行參數(shù)為4Ｗ?ｃｍ2，因而1ＧＷ級PEM電解槽的Ｉｒ用量為500ｋｇ。和堿性不一樣，在PEM電解水中，氫氣產(chǎn)生的一側(cè)是干燥的一側(cè)。有誰知道凱豪達(dá)PEM電解水用的德國膜
PEM電解水制氫過程中不產(chǎn)生額外的雜質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)比較單純。誰知道大連化物所PEM電解水用的質(zhì)子交換膜
與ALK技術(shù)對比，PEM水電解制氫技術(shù)啟停速度快、負(fù)荷波動范圍廣、產(chǎn)氫壓力高，尤其適合利用可再生能源電力（尤其是離網(wǎng)電力）制氫，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模水電解制氫應(yīng)用較有效的方式之一。此外，它還可以實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電、水電、光伏電等電力能源的調(diào)峰運(yùn)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(kuò)散快，其導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的８.4倍，因此常被用作發(fā)電機(jī)組的冷卻劑，可以大幅降低風(fēng)摩擦損耗，對于1ＧＷ的發(fā)電機(jī)組，氫氣純度每提高1％，可以節(jié)約22８ｋＷ的能源。誰知道大連化物所PEM電解水用的質(zhì)子交換膜
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