氫燃料電池車(chē)被視為新能源汽車(chē)的下一個(gè)風(fēng)口。質(zhì)子交換膜作為氫燃料電池中心部件，其質(zhì)量好壞直接影響電池的使用壽命。從價(jià)值量看，氫能源燃料電池中成本占比較高的自然是燃料電池電堆，其次是儲(chǔ)氣瓶，而在燃料電池堆中，氫健康有個(gè)關(guān)鍵材料，那就是質(zhì)子交換膜，且成本占到了28%，從整體看，質(zhì)子交換膜成本約占燃料電池總成本的4.08%，幾乎決定了燃料電池的成本。質(zhì)子交換膜上游主要包括基礎(chǔ)材料和過(guò)程材料兩個(gè)部分：基礎(chǔ)材料即螢石，利用上游原材料制備可用于后續(xù)加工的各類(lèi)全氟、非全氟以及特種樹(shù)脂。下游應(yīng)用方面，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。過(guò)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)。河北膜生產(chǎn)企業(yè)
氫健康析氧反應(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(yáng)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(shì)吸引了普遍的研究及應(yīng)用.OER動(dòng)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(duì)于開(kāi)發(fā)具有更好性能，更低成本PEMWE陽(yáng)極催化劑，推動(dòng)相關(guān)電化學(xué)系統(tǒng)的商業(yè)化長(zhǎng)期穩(wěn)定性具有重要意義。離子膜公司按照目前用量水平來(lái)計(jì)算，1ＧＷ級(jí)PEM電解槽的Ir用量為500千克。
堿性水電解制氫氫健康電解槽隔膜主要由石棉組成，起分離氣體的作用。陰極、陽(yáng)極主要由金屬合金組成，如Ni-Mo合金等，分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣。工業(yè)上堿性水電解槽的電解液通常采用KOH溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%~30%，電解槽操作溫度70~80℃，工作電流密度約0.25A/cm2，產(chǎn)生氣體壓力0.1~3.0MPa，總體效率62%~82%。堿性水電解制氫技術(shù)成熟，投資、運(yùn)行成本低，但存在堿液流失、腐蝕、能耗高等問(wèn)題。水電解槽制氫設(shè)備開(kāi)發(fā)是國(guó)內(nèi)外堿性水電解制氫研究熱點(diǎn)?？稍偕茉醇铀侔l(fā)展使得大規(guī)模消納可再生能源成為突出問(wèn)題。
現(xiàn)階段，氫氣主要用作工業(yè)原料，但在發(fā)電、供熱、交通燃料等領(lǐng)域有巨大發(fā)展?jié)摿?。隨著可再生能源發(fā)電比例和規(guī)模不斷提升，間歇性電力“削峰填谷”的儲(chǔ)能作用將得到普遍體現(xiàn)。目前，全世界的氫產(chǎn)量約為70Ｍｔ，主要消費(fèi)方向以石油煉制、化工原料為主。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟研究院發(fā)布的數(shù)據(jù)，當(dāng)單位制氫的碳排放（CO2）不高于4.9ｋｇ/ｋｇ時(shí)，制備的氫氣才是清潔的煤制氫的碳排放強(qiáng)度接近風(fēng)電、水電制氫的20倍，氫健康天然氣制氫的碳排放強(qiáng)度也很高，兩種方式制氫的碳排放均遠(yuǎn)超清潔制氫的碳排放標(biāo)準(zhǔn)；而以可再生資源發(fā)電，進(jìn)行水電解制氫則能夠滿(mǎn)足清潔氫氣的碳排放標(biāo)準(zhǔn)。需要強(qiáng)調(diào)的是，采用水電解制氫時(shí)，只有利用可再生能源電力制取的氫氣才滿(mǎn)足低碳排放的標(biāo)準(zhǔn)；而利用不可再生能源電力制取的氫氣，從全生命周期來(lái)看，同樣存在碳排放量大的問(wèn)題。因此，水電解制氫是否屬于清潔氫，要根據(jù)電網(wǎng)電力的種類(lèi)來(lái)判斷。作為媒介氫氣促進(jìn)可再生能源時(shí)空再分布，不斷豐富氫氣的應(yīng)用場(chǎng)景。
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(jià)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(wú)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(yùn)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(shí)驗(yàn)室階段。PEM電解水技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。無(wú)污染、無(wú)腐蝕；擁有更高的質(zhì)子傳導(dǎo)性，提升電解效率；同時(shí)有更寬的負(fù)載范圍和更短的響應(yīng)啟動(dòng)時(shí)間，與水電、風(fēng)電、光伏（發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性較大）具有良好的匹配性，較適合未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展。陰離子交換膜水電解、堿性水電解以及高溫固體氧化物水電解等4種水電解制氫技術(shù)的性能對(duì)比。離子膜公司
質(zhì)子交換膜不但傳導(dǎo)質(zhì)子，而且還為催化劑提供支撐，其性能的好壞直接決定水電解槽的性能和使用壽命。河北膜生產(chǎn)企業(yè)
Ｉｒ資源儲(chǔ)量能否支撐整個(gè)PEM水電解制氫技術(shù)的未來(lái)發(fā)展，成為業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)，國(guó)外機(jī)構(gòu)對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)研究預(yù)測(cè)。按照目前用量水平來(lái)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(jí)PEM電解槽的Ｉｒ用量為500ｋｇ。雖然Ｉｒ陽(yáng)極催化劑成本在整個(gè)電解槽成本中占比不大，但若未來(lái)PEM水電解制氫技術(shù)大規(guī)模普及，其需求量會(huì)大幅度上升。目前，全世界Ｉｒ產(chǎn)量少于9ｔ?ａ，因此氫健康在PEM水電解技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用后，陽(yáng)極催化劑的成本占比會(huì)逐漸提升。河北膜生產(chǎn)企業(yè)
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