分析氧反應(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)的陽極反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。質(zhì)子交換膜水電解槽（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)勢吸引了普遍的研究及應(yīng)用.OER動力學(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。氫健康因此，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)狀對于開發(fā)具有更好性能，更低成本PEMWE陽極催化劑，推動相關(guān)電化學(xué)系統(tǒng)的商業(yè)化長期穩(wěn)定性具有重要意義?；覛?、藍(lán)氫將會逐漸被基于可再生能源的綠氫所替代，綠氫是未來能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。河北質(zhì)子交換膜項(xiàng)目公司
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。河北電解水隔膜電解水由于資源的回收利用，資源的累計(jì)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。
質(zhì)子交換膜（PEM）在氫燃料電池、電解水制氫氣等領(lǐng)域中所交換的陽離子為質(zhì)子，氫健康又被稱為離子膜。質(zhì)子交換膜處于有機(jī)氟化工產(chǎn)業(yè)鏈末端，其上游是有機(jī)氟化工的單體材料，下游是基于質(zhì)子交換膜的氯堿工業(yè)、燃料電池、電解水、儲能電池等應(yīng)用領(lǐng)域。目前產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的均為全氟質(zhì)子交換膜，質(zhì)子交換膜使用的是全氟磺酸樹脂，離子膜使用全氟磺酸樹脂、全氟羧酸樹脂的復(fù)合膜。全氟磺酸樹脂具有強(qiáng)酸性，全氟羧酸樹脂具有弱酸性，更能夠適應(yīng)氯堿工業(yè)中的堿性環(huán)境。盡管目前全氟磺酸PEM應(yīng)用較普遍，但仍存在成本較高、尺寸穩(wěn)定性較差、溫度升高會降低質(zhì)子傳導(dǎo)性的缺點(diǎn)。
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(yàn)，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(shí)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(yùn)行靈活、利于快速變載，與風(fēng)電、光伏（發(fā)電的波動性和隨機(jī)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。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。
質(zhì)子交換膜電解水水電解器(PEMWE)技術(shù)在可再生能源的電催化制氫方面受到關(guān)注。它具有立即響應(yīng)、更高的質(zhì)子電導(dǎo)率、更低的歐姆損耗和氣體交叉率的優(yōu)點(diǎn)。借助創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法和先進(jìn)的表征技術(shù)，在揭示酸性介質(zhì)中動態(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果。本綜述重點(diǎn)介紹了在酸性介質(zhì)中開發(fā)OER電催化劑的反應(yīng)和降解機(jī)制以及較新進(jìn)展。此外，還在設(shè)備層面討論了PEM水電解的進(jìn)展。然而，氫健康所開發(fā)的催化劑及相關(guān)裝置的性能與工業(yè)應(yīng)用仍有一定差距。在市場化進(jìn)程方面，堿水電解（AWE）作為較為成熟的電解技術(shù)占據(jù)著主導(dǎo)地位，尤其是一些大型項(xiàng)目的應(yīng)用。電解水隔膜設(shè)備
CCM法催化劑利用率更高，大幅降低膜與催化層間的質(zhì)子傳遞阻力，是膜電極制備的主流方法。河北質(zhì)子交換膜項(xiàng)目公司
質(zhì)子交換膜電解水可普遍應(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，國內(nèi)外市場都呈現(xiàn)出較快的需求增長和廣闊的發(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。依據(jù)中國氫能聯(lián)盟對未來燃料電池系統(tǒng)成本的預(yù)測以及美國能源部披露的成本結(jié)構(gòu)，綜合測算，燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域每年為質(zhì)子交換膜電解水帶來的市場增量將持續(xù)增長，到2025年、2035年和2050年將分別為9.80億、49.01億和67.39億，非常可觀。河北質(zhì)子交換膜項(xiàng)目公司
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