陰離子交換膜制氫方法

來源: 發(fā)布時間:2023-03-24

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。按照目前用量水平來計算,1GW級PEM電解槽的Ir用量為500千克。陰離子交換膜制氫方法

陰離子交換膜(AEM)水電解、堿性水電解(ALK)以及高溫固體氧化物(SOEC)水電解等4種水電解制氫技術(shù)的性能對比。氫健康可知:在各種水電解制氫技術(shù)中,AEM技術(shù)成熟度低,目前還無法實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用,但是由于其不使用貴金屬催化劑,同時兼具PEM和ALK制氫的優(yōu)點,未來將會成為取代PEM制氫的替代技術(shù);SOEC制氫技術(shù)由于固體氧化物的壽命和制氫規(guī)模的限制,暫時未達到工業(yè)應(yīng)用程度,但其制氫效率高,未來具有穩(wěn)定連續(xù)大規(guī)模制氫的潛力;ALK技術(shù)具備成本低、產(chǎn)氫規(guī)模大、技術(shù)成熟度高等優(yōu)點,是目前應(yīng)用較廣的水電解制氫技術(shù),但是存在負荷調(diào)節(jié)幅度小、啟動響應(yīng)慢、需要堿液處理過程等缺點,特別不適合可再生能源電力波動性的特點,只能從電網(wǎng)取電制氫。廣東堿性電解水膜成本是多少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。

在未來前20年中因Ir使用壽命及裝置未到報廢時限等因素,PEM水電解裝置中Ir資源回收利用還沒有得到有效實施,因此對新Ir資源需求總量增長較快,到2045年Ir的需求量達到約1.5t?a,小于Ir的產(chǎn)量,因而供給可以滿足需求。在2045—2070年,新增PEM水電解裝置裝機容量不斷加大,同時Ir資源的回收利用量也不斷加大。由于Ir資源的回收利用,氫健康Ir資源的累計需求增長率增長幅度不斷減小,到2070年Ir的需求量為2t左右,增幅不大。因此,按照目前Ir的年產(chǎn)量,未來50年Ir供給可以滿足使用需求。

在技術(shù)層面,電解水制氫主要分為AWE、PEM水電解,固體聚合物陰離子交換膜(AEM)水電解、固體氧化物(SOE)水電解。其中,AWE是較早工業(yè)化的水電解技術(shù),已有數(shù)十年的應(yīng)用經(jīng)驗,較為成熟;PEM電解水技術(shù)近年來產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速,SOE水電解技術(shù)處于初步示范階段,而AEM水電解研究剛起步。氫健康從時間尺度上看,AWE技術(shù)在解決近期可再生能源的消納方面易于快速部署和應(yīng)用;但從技術(shù)角度看,PEM電解水技術(shù)的電流密度高、電解槽體積小、運行靈活、利于快速變載,與風電、光伏(發(fā)電的波動性和隨機性較大)具有良好的匹配性。隨著PEM電解槽的推廣應(yīng)用,其成本有望快速下降,必然是未來5~10a的發(fā)展趨勢。SOE、AEM水電解的發(fā)展則取決于相關(guān)材料技術(shù)的突破情況。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)。

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;但是與可再生能源適配性較差。氫健康其中,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。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。廣東AEM膜公司

氫能的應(yīng)用除了可以減少碳排放、助力碳達峰,還可以通過氫與二氧化碳反應(yīng)制成有機化學品,實現(xiàn)碳中和。陰離子交換膜制氫方法

陽極反應(yīng)過電勢與陰極反應(yīng)過電勢的大小,是水電解制氫效率高低的主要影響因素之一,通常陽極反應(yīng)過電勢遠遠高于陰極反應(yīng)過電勢。PEM水電解制得的氫氣純度高,而且其制氫負荷可以實現(xiàn)在0~1之間智能連續(xù)自動化控制,因而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。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;結(jié)合可再生能源電力的波動性,可以充分發(fā)揮氫氣的儲能優(yōu)點,并實現(xiàn)大規(guī)模低成本制氫。在PEM水電解過程中,電解槽陽極的析氧反應(yīng)是該過程的速控步驟。陰離子交換膜制氫方法

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