江蘇分子制氫膜電解水

來源: 發(fā)布時間:2023-02-16

過去5年電解槽成本已下降了40%,但是投資和運行成本高仍然是PEM水電解制氫亟待解決的主要問題,這與目前析氧、析氫電催化劑只能選用貴金屬材料密切相關(guān)。為此降低催化劑與電解槽的材料成本,特別是陰、陽極電催化劑的貴金屬載量,提高電解槽的效率和壽命,是PEM水電解制氫技術(shù)發(fā)展的研究重點。與堿性水電解制氫相比,PEM水電解制氫工作電流密度更高(?1A/cm2),總體效率更高(74%~87%),氫健康氫氣體積分數(shù)更高(>99·99%),產(chǎn)氣壓力更高(3~4MPa),動態(tài)響應(yīng)速度更快,能適應(yīng)可再生能源發(fā)電的波動性,被認為是極具發(fā)展前景的水電解制氫技術(shù)。目前PEM水電解制氫技術(shù)已在加氫站現(xiàn)場制氫、風(fēng)電等可再生能源電解水制氫、儲能等領(lǐng)域得到示范應(yīng)用并逐步推廣。為提高膜性能,國內(nèi)外重點攻關(guān)改性全氟磺酸質(zhì)子交換膜、納米復(fù)合質(zhì)子交換膜和無氟質(zhì)子交換膜。江蘇分子制氫膜電解水

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)境下氫健康,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為Os>Ru>Ir>Pt>Au;但從金屬穩(wěn)定性角度來講,其穩(wěn)定性由高到低的順序為Au>Pt>Ir>Ru>Os。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。廣東陰離子交換膜廠家由于氫氣可以大規(guī)模長時間存儲,相對于其他儲能方式,在時間尺度和規(guī)模尺度上均有明顯優(yōu)勢。

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,氫健康陽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)用場景的選擇與大規(guī)模推廣。PEM水電解制氫技術(shù)具備快速啟停優(yōu)勢,能匹配可再生能源發(fā)電的波動性,逐步成為P2G制氫主流技術(shù)。

質(zhì)子交換膜(PEM)在氫燃料電池、電解水制氫氣等領(lǐng)域中所交換的陽離子為質(zhì)子,氫健康又被稱為離子膜。質(zhì)子交換膜處于有機氟化工產(chǎn)業(yè)鏈末端,其上游是有機氟化工的單體材料,下游是基于質(zhì)子交換膜的氯堿工業(yè)、燃料電池、電解水、儲能電池等應(yīng)用領(lǐng)域。目前產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的均為全氟質(zhì)子交換膜,質(zhì)子交換膜使用的是全氟磺酸樹脂,離子膜使用全氟磺酸樹脂、全氟羧酸樹脂的復(fù)合膜。全氟磺酸樹脂具有強酸性,全氟羧酸樹脂具有弱酸性,更能夠適應(yīng)氯堿工業(yè)中的堿性環(huán)境。盡管目前全氟磺酸PEM應(yīng)用較普遍,但仍存在成本較高、尺寸穩(wěn)定性較差、溫度升高會降低質(zhì)子傳導(dǎo)性的缺點。由于資源的回收利用,資源的累計需求增長率不斷減小,到2070年Ir的需求量為2t左右,增幅不大。

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,國內(nèi)外市場都呈現(xiàn)出較快的需求增長和廣闊的發(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。依據(jù)中國氫能聯(lián)盟對未來燃料電池系統(tǒng)成本的預(yù)測以及美國能源部披露的成本結(jié)構(gòu),綜合測算,燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域每年為質(zhì)子交換膜帶來的市場增量將持續(xù)增長,到2025年、2035年和2050年將分別為9.80億、49.01億和67.39億,非??捎^。通過引入無機組分制備有機納米質(zhì)子交換膜,使其兼具有機膜柔韌性和無機膜良好熱性能成為近幾年的研究熱點。山東電解水膜制氫方法

AWE采用氫氧化鉀水溶液為電解質(zhì),以石棉為隔膜,分離水產(chǎn)生氫氣和氧氣,效率通常在70%~80%。江蘇分子制氫膜電解水

與堿性水電解制氫相比,PEM水電解制氫工作電流密度更高(?1A/cm2),總體效率更高(74%~87%),氫氣體積分數(shù)更高(>99.99%),產(chǎn)氣壓力更高(3~4MPa),動態(tài)響應(yīng)速度更快,能適應(yīng)可再生能源發(fā)電的波動性,被認為是極具發(fā)展前景的水電解制氫技術(shù)。目前PEM水電解制氫技術(shù)已在加氫站現(xiàn)場制氫、風(fēng)電等可再生能源電解水制氫、儲能等領(lǐng)域得到示范應(yīng)用并逐步推廣。過去5年電解槽成本已下降了40%,但是投資和運行成本高仍然是PEM水電解制氫亟待解決的主要問題,這與目前析氧、析氫電催化劑只能選用貴金屬材料密切相關(guān)。氫健康為此降低催化劑與電解槽的材料成本,特別是陰、陽極電催化劑的貴金屬載量,提高電解槽的效率和壽命,是PEM水電解制氫技術(shù)發(fā)展的研究重點。江蘇分子制氫膜電解水

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