山東Fumatech膜電解水

來源: 發(fā)布時間:2023-02-26

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,陰、陽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,基于融合堿性水電解和PEM水電解各自優(yōu)勢的研究思路,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材料制備無氟質(zhì)子交換膜,也是質(zhì)子交換膜的發(fā)展趨勢。借助先進表征技術(shù)發(fā)展在揭示酸介質(zhì)中動態(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。山東Fumatech膜電解水

質(zhì)子交換膜水電解器(PEMWE)技術(shù)在可再生能源的電催化制氫方面受到關(guān)注。它具有立即響應(yīng)、更高的質(zhì)子電導(dǎo)率、更低的歐姆損耗和氣體交叉率的優(yōu)點。借助創(chuàng)新的實驗方法和先進的表征技術(shù),氫健康在揭示酸性介質(zhì)中動態(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果。本綜述重點介紹了在酸性介質(zhì)中開發(fā)OER電催化劑的反應(yīng)和降解機制以及較新進展。此外,還在設(shè)備層面討論了PEM水電解的進展。然而,所開發(fā)的催化劑及相關(guān)裝置的性能與工業(yè)應(yīng)用仍有一定差距。燃料電池膜產(chǎn)業(yè)鏈在市場化進程方面,堿水電解(AWE)作為較為成熟的電解技術(shù)占據(jù)著主導(dǎo)地位,尤其是一些大型項目的應(yīng)用。

在技術(shù)層面,電解水制氫技術(shù)可分為堿性電解水制氫(ALK)、質(zhì)子交換膜電解水電解水制氫(PEM)、固體氧化物電解水制氫(SOE)和陰離子交換膜電解水制氫(AEM)。其中,堿性電解水技術(shù)較為成熟,造價成本也較低;但是氫健康與可再生能源適配性較差。其中,堿性電解水技術(shù)較為成熟,但無法快速調(diào)節(jié)制氫速度,與可再生能源適配性較差。固體氧化物電解水制氫(SOE)采用固體氧化物為電解質(zhì)材料,適合在高溫環(huán)境下運作,能效更高,但處于初期示范階段。陰離子交換膜電解水制氫(AEM)以陰離子交換膜作為電解質(zhì)隔膜,目前仍處于實驗室階段。PEM電解水技術(shù)具有獨特優(yōu)勢。無污染、無腐蝕;擁有更高的質(zhì)子傳導(dǎo)性,提升電解效率;同時有更寬的負載范圍和更短的響應(yīng)啟動時間,與水電、風電、光伏(發(fā)電的波動性和隨機性較大)具有良好的匹配性,較適合未來能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

隨著日益增長的低碳減排需求,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)劃的進展、電解水制氫的示范項目情況,重點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。氫健康結(jié)合氫儲運與電解制氫的技術(shù)特征研判、我國輸氫需求,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。過去5年電解槽成本已下降了40%,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)。

現(xiàn)階段,CO2捕集、封存技術(shù)(CCS)和CO2捕集、利用、封存技術(shù)(CCUS)因成本過高,暫時不具備經(jīng)濟性。而為了實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”目標,未來以化石能源制氫的方式勢必要受到限制或部分被清潔制氫方式取代。氫健康隨著可再生能源發(fā)電裝機容量不斷上升、比例不斷增加、可再生能源電力價格不斷下降;同時,結(jié)合碳稅、碳交易等利好政策,水電解制氫的經(jīng)濟性將明顯提高;而且,利用可再生能源電力的水電解制氫具備幾乎碳零排放的優(yōu)勢,因此在各種制氫方式中,水電解制氫的占比將大幅提升,成為實現(xiàn)“雙碳”目標的重要抓手。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以及高溫固體氧化物水電解(SOEC)。江蘇鈞希膜產(chǎn)業(yè)鏈

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。山東Fumatech膜電解水

隨著能源的需求和能源生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變,能源生產(chǎn)的方向很可能逐步由集中化貿(mào)易型模式轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际缴a(chǎn)模式,分布式能源是基于現(xiàn)階段能源行業(yè)的發(fā)電,傳輸,用電,儲能的數(shù)據(jù)及金融交易的大背景下,所提倡的一種新型能源系統(tǒng)。隨著中國經(jīng)濟高速發(fā)展,中國能源有限責任公司(自然)企業(yè)國際化能力已經(jīng)為大眾所知曉。尤其是以智能電網(wǎng)為發(fā)展方向的我國電網(wǎng)公司,已在全球范圍建立完整的智能電網(wǎng)技術(shù)標準體系,發(fā)起設(shè)立國際標準28項,交流電壓成為國際標準電壓。以此為標志,中國能源企業(yè)的產(chǎn)能升級和國際競爭力都在飛速提升。ETRI預(yù)測,2035年后,中國能源需求逐步回落,在全球一次能源比重穩(wěn)定在23%,屆時,單位能耗將比2015年下降54%。美國能源信息署預(yù)測中國的能源需求增速未來將不足1%,這和21世紀以來8%的貿(mào)易型增速形成鮮明對比。此外,部分貿(mào)易型還指出低油價時期收入減少,可能會阻礙能源轉(zhuǎn)型進程。IEA在2017年指出,上游收入接近“腰斬”,收入不足導(dǎo)致儲量發(fā)現(xiàn)減少,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足,而經(jīng)濟復(fù)蘇下能源需求不斷上升,供需兩端的反向作用會帶來油價的大幅上漲。山東Fumatech膜電解水

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