上海陰離子交換膜市場(chǎng)前景

來源: 發(fā)布時(shí)間:2023-03-14

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(shí)不具備經(jīng)濟(jì)性。而為了實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo),未來以化石能源制氫的方式勢(shì)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(jī)容量不斷上升、比例不斷增加、可再生能源電力價(jià)格不斷下降;同時(shí),結(jié)合碳稅、碳交易等利好政策,水電解制氫的經(jīng)濟(jì)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(shì),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(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手。PEM燃料電池出貨量占比從44.9%進(jìn)一步提升至82.7%,可見,全球PEM燃料電池出貨量高速增長(zhǎng)。上海陰離子交換膜市場(chǎng)前景

吸附氧化機(jī)理(AEM)和晶格氧反應(yīng)機(jī)理(LOM)是在酸性介質(zhì)中被認(rèn)為較合理的兩種機(jī)理。催化劑通過哪一機(jī)理發(fā)生催化反應(yīng),選擇單位點(diǎn)還是雙位點(diǎn)途徑和材料本身的電子結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系,結(jié)晶度好的氧化物幾乎沒有缺陷,傾向于采用AEM,在單個(gè)活性金屬位點(diǎn)上通過*OOH中間體,即所謂的酸堿途徑,或者在兩個(gè)相鄰的金屬位點(diǎn)上,氫健康通過*O中間體,即O-O直接耦合途徑.而在具有豐富氧空位的無(wú)定形金屬氧化物和一些具有高金屬氧共價(jià)的鈣鈦礦中,晶格氧機(jī)理發(fā)生在遭受水親核攻擊的單個(gè)活性氧位點(diǎn)或通過兩個(gè)相鄰反應(yīng)晶格氧原子的直接耦合,產(chǎn)生的氧空位將被水分子或大量氧原子補(bǔ)充,同時(shí)由此產(chǎn)生的不飽和金屬位點(diǎn)更容易溶解,帶來催化劑穩(wěn)定性問題。江蘇膜技術(shù)PEM電解槽對(duì)陽(yáng)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。

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(yáng)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(jìn)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(shì),基于融合堿性水電解和PEM水電解各自優(yōu)勢(shì)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(jià)材料制備無(wú)氟質(zhì)子交換膜,也是質(zhì)子交換膜的發(fā)展趨勢(shì)。

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。氫健康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。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。

PEM水電解槽采用PEM傳導(dǎo)質(zhì)子,隔絕電極兩側(cè)的氣體,避免AWE使用強(qiáng)堿性液體電解質(zhì)所伴生的缺點(diǎn)。PEM水電解槽以PEM為電解質(zhì),以純水為反應(yīng)物,加之PEM的氫氣滲透率較低,產(chǎn)生的氫氣純度高,但需脫除水蒸氣;電解槽采用零間距結(jié)構(gòu),歐姆電阻較低,明顯提高電解過程的整體效率,且體積更為緊湊;壓力調(diào)控范圍大,氫氣輸出壓力可達(dá)數(shù)兆帕,適應(yīng)快速變化的可再生能源電力輸入。氫健康因此,PEM電解水制氫是極具發(fā)展前景的綠色制氫技術(shù)路徑。由于PEM電解槽的陽(yáng)極處于強(qiáng)酸性環(huán)境(pH≈2)、電解電壓為1.4~2.0V,多數(shù)非貴金屬會(huì)腐蝕并可能與PEM中的磺酸根離子結(jié)合,進(jìn)而降低PEM傳導(dǎo)質(zhì)子的能力。PEM電解槽的電催化劑研究主要是Ir、Ru等貴金屬/氧化物及其二元、三元合金/混合氧化物,以鈦材料為載體的負(fù)載型催化劑。降低催化劑與電解槽的材料成本,是PEM水電解制氫技術(shù)發(fā)展的研究重點(diǎn)。上海堿性制氫膜成本是多少

為提高膜性能,國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)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(wú)氟質(zhì)子交換膜。上海陰離子交換膜市場(chǎng)前景

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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)都呈現(xiàn)出較快的需求增長(zhǎng)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(jìn)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(zhǎng)。依據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟對(duì)未來燃料電池系統(tǒng)成本的預(yù)測(cè)以及美國(guó)能源部披露的成本結(jié)構(gòu),綜合測(cè)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(chǎng)增量將持續(xù)增長(zhǎng),到2025年、2035年和2050年將分別為9.80億、49.01億和67.39億,非??捎^。上海陰離子交換膜市場(chǎng)前景

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