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)。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℃，制氫過程電化學性能明顯提升，效率更高。氫健康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，陽極材料選用鈣鈦礦氧化物，電解質(zhì)采用YSZ氧離子導體，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。通常陽極反應(yīng)過電勢遠遠高于陰極反應(yīng)過電勢?？煞裰?18研究所用的質(zhì)子交換膜
PEMWE的組裝方法，實際運行條件，包括離聚物，膜，氣體擴散層，極板，催化劑層在內(nèi)的各個組分都是影響PEMWE性能的關(guān)鍵參數(shù).對各個組分的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀進行綜述，同時對有實際應(yīng)用前景的催化劑進行分析，包括負載型催化劑，銥/釕為主體的摻雜型催化劑。借助創(chuàng)新實驗方法和先進表征技術(shù)發(fā)展在揭示酸介質(zhì)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。氫健康但所開發(fā)的催化劑及相關(guān)器件的性能與工業(yè)應(yīng)用之間仍存在一定的差距。為了加快PEMWE的發(fā)展，深入理解電極反應(yīng)的動態(tài)過程，理論計算和實驗的結(jié)合，對具有實際應(yīng)用前景的催化劑的進一步發(fā)展，催化劑性能的評價準則，對實驗室基礎(chǔ)研究中水系模型和實際操作差異的理解，集成膜電極組件的開發(fā)需要更多的研究。誰能告知大連化物所用德國哪家的質(zhì)子交換膜從金屬穩(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。
因此，單純從規(guī)模和用量來看，Ｉｒ資源儲量難以維持行業(yè)的發(fā)展，必須對現(xiàn)有的PEM水電解技術(shù)進行完善和升級。一方面，可以通過提升催化劑、膜電極技術(shù)，以及電解槽整體技術(shù)，大幅度降低Ｉｒ的用量；另一方面，可以有效回收Ｉｒ資源，使其回收利用率達90％以上。Ｃｈｒｉｓｔｉｎｅ等分別分析了保守情況和樂觀情況下未來50年P(guān)EM水電解行業(yè)對Ｉｒ資源需求量的變化情況，氫健康保守情況下，即PEM電極的Ｉｒ負載量保持0.３３ｇ?ｋＷ不降低，則2045年前Ｉｒ的累計需求增長率與Ｉｒ有效回收情況的累計需求增長率相同。
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)子交換膜電解水，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。氫健康為此發(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)子交換膜電解水，也是質(zhì)子交換膜電解水的發(fā)展趨勢。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)得到發(fā)展，形成長三角、珠三角、京津冀等氫能產(chǎn)業(yè)熱點區(qū)域。
在酸性介質(zhì)中貴金屬Ru和Ir基催化劑具有優(yōu)異的活性和可應(yīng)用性，優(yōu)于其他鉑族金屬（如Rh、Pd和Pt）.盡可能多地暴露活性位點，提高本征活性，以盡量減少貴金屬消耗，同時兼顧長期運行的穩(wěn)定性是催化劑設(shè)計必須面臨的問題。氫健康對于負載催化劑，金屬-載體相互作用和基底的導電性至關(guān)重要。本節(jié)討論酸性O(shè)ER材料發(fā)展，并強調(diào)從機理分析性能提高.對金屬性質(zhì)(合金，單原子等)催化劑，氧化物(釕/銥氧化物，非貴金屬氧化物)，金屬氧酸鹽類(鈣鈦礦，燒綠石，其它氧酸鹽類)，其它無機金屬和非金屬材料進行周到綜述。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。哪里可以查到大陸制氫如何規(guī)劃質(zhì)子交換膜電堆
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、納米復合質(zhì)子交換膜和無氟質(zhì)子交換膜?？煞裰?18研究所用的質(zhì)子交換膜
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?？煞裰?18研究所用的質(zhì)子交換膜
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