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(guò)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(méi)有缺陷，傾向于采用AEM，在單個(gè)活性金屬位點(diǎn)上通過(guò)*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(guò)*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(guò)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(lái)催化劑穩(wěn)定性問(wèn)題。SOEC電解槽電極采用非貴金屬催化，陰極材料選用多孔金屬陶瓷Ni/YSZ，陽(yáng)極材料選用鈣鈦礦氧化物。河北Fumatech膜制氫方法
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)電力的種類來(lái)判斷。廣東燃料電池膜生產(chǎn)廠家從金屬穩(wěn)定性角度來(lái)講，其穩(wěn)定性由高到低的順序?yàn)椋粒酰荆衪＞Ir＞Ｒｕ＞Ｏｓ。
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，氫健康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?，F(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(guò)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(lái)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。
隨著日益增長(zhǎng)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(jìn)行電解水制氫是目前眾多氫氣來(lái)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(jìn)展、電解水制氫的示范項(xiàng)目情況，重點(diǎn)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(rèn)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(yùn)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(dòng)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(chǔ)運(yùn)與電解制氫的技術(shù)特征研判、我國(guó)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(guò)電解水制氫產(chǎn)生高壓氫?？稍偕茉粗茪涫菃为?dú)綠色低碳制氫方式，不但能提高電網(wǎng)靈活性，而且可遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和分配可再生能源。
PEMWE的組裝方法，實(shí)際運(yùn)行條件，包括離聚物，膜，氣體擴(kuò)散層，極板，催化劑層在內(nèi)的各個(gè)組分都是影響PEMWE性能的關(guān)鍵參數(shù).對(duì)各個(gè)組分的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，同時(shí)對(duì)有實(shí)際應(yīng)用前景的催化劑進(jìn)行分析，包括負(fù)載型催化劑，銥/釕為主體的摻雜型催化劑。借助創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法和先進(jìn)表征技術(shù)發(fā)展在揭示酸介質(zhì)中動(dòng)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。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(dòng)態(tài)過(guò)程，理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，對(duì)具有實(shí)際應(yīng)用前景的催化劑的進(jìn)一步發(fā)展，催化劑性能的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，對(duì)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究中水系模型和實(shí)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。PEM水電解制氫逐步取代了傳統(tǒng)的堿水制氫和氫氣瓶組等方式。江蘇膜制作系統(tǒng)
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Fumatech膜制氫方法
區(qū)別于堿性水電解制氫，PEM水電解制氫選用具有良好化學(xué)穩(wěn)定性、質(zhì)子傳導(dǎo)性、氣體分離性的全氟磺酸質(zhì)子交換膜電解水電解水作為固體電解質(zhì)替代石棉膜，能有效阻止電子傳遞，提高電解槽安全性。PEM水電解槽主要部件由內(nèi)到外依次是質(zhì)子交換膜電解水電解水、陰陽(yáng)極催化層、陰陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層、陰陽(yáng)極端板等。其中擴(kuò)散層、催化層與質(zhì)子交換膜電解水電解水組成膜電極，是整個(gè)水電解槽物料傳輸以及電化學(xué)反應(yīng)的主場(chǎng)所，氫健康膜電極特性與結(jié)構(gòu)直接影響PEM水電解槽的性能和壽命。將可再生能源發(fā)電轉(zhuǎn)化為氫氣，可提高電力系統(tǒng)靈活性，正成為可再生能源發(fā)展和應(yīng)用的重要方向。河北Fumatech膜制氫方法
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