山東電解制氫膜市場前景

來源: 發(fā)布時間:2023-04-02

PEM水電解槽采用PEM傳導質(zhì)子,隔絕電極兩側(cè)的氣體,避免AWE使用強堿性液體電解質(zhì)所伴生的缺點。PEM水電解槽以PEM為電解質(zhì),以純水為反應物,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,氫氣輸出壓力可達數(shù)兆帕,適應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,進而降低PEM傳導質(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載型催化劑。電解水制氫技術(shù)涵蓋技術(shù)分類、堿水制氫應用、質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫。山東電解制氫膜市場前景

除了降低催化劑貴金屬載量,提高催化劑活性和穩(wěn)定性外,膜電極制備工藝對降低電解系統(tǒng)成本,提高電解槽性能和壽命至關(guān)重要。根據(jù)催化層支撐體的不同,膜電極制備方法分為CCS法和CCM法。CCS法將催化劑活性組分直接涂覆在氣體擴散層,而CCM法則將催化劑活性組分直接涂覆在質(zhì)子交換膜兩側(cè),這是2種制作工藝較大的區(qū)別。與CCS法相比,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,氫健康是膜電極制備的主流方法。氫健康在CCS法和CCM法基礎(chǔ)上,近年來新發(fā)展起來的電化學沉積法、超聲噴涂法以及轉(zhuǎn)印法成為研究熱點并具備應用潛力。新制備方法從多方向、多角度改進膜電極結(jié)構(gòu),克服傳統(tǒng)方法制備膜電極存在的催化層催化劑顆粒隨機堆放,氣體擴散層孔隙分布雜亂等結(jié)構(gòu)缺陷,改善膜電極三相界面的傳質(zhì)能力,提高貴金屬利用率,提升膜電極的電化學性能。山東堿性電解水膜廠家氫能的應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制成有機化學品,實現(xiàn)碳中和。

在市場化進程方面,堿水電解(AWE)作為較為成熟的電解技術(shù)占據(jù)著主導地位,尤其是一些大型項目的應用。AWE采用氫氧化鉀(KOH)水溶液為電解質(zhì),以石棉為隔膜,分離水產(chǎn)生氫氣和氧氣,效率通常在70%~80%。氫健康一方面,AWE在堿性條件下可使用非貴金屬電催化劑(如Ni、CO、Mn等),因而電解槽中的催化劑造價較低,但產(chǎn)氣中含堿液、水蒸氣等,需經(jīng)輔助設(shè)備除去;另一方面,AWE難以快速啟動或變載、無法快速調(diào)節(jié)制氫的速度,因而與可再生能源發(fā)電的適配性較差。

區(qū)別于堿性水電解制氫氫健康,PEM水電解制氫選用具有良好化學穩(wěn)定性、質(zhì)子傳導性、氣體分離性的全氟磺酸質(zhì)子交換膜作為固體電解質(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、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端板等。其中擴散層、催化層與質(zhì)子交換膜組成膜電極,是整個水電解槽物料傳輸以及電化學反應的主場所,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)展和應用的重要方向。借助先進表征技術(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。

為了加快PEMWE的發(fā)展,深入理解電極反應的動態(tài)過程,理論計算和實驗的結(jié)合,對具有實際應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。氫健康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)展和應用現(xiàn)狀進行綜述,同時對有實際應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。但所開發(fā)的催化劑及相關(guān)器件的性能與工業(yè)應用之間仍存在一定的差距。過去5年電解槽成本已下降了40%,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)。江蘇鈞希膜

質(zhì)子交換膜不但傳導質(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。山東電解制氫膜市場前景

不同催化材料的陽極過電勢通常為200~500mV。在高電位、氧化、酸性環(huán)境下氫健康,PEM電解槽對陽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。通常,活性越高的金屬,其在水電解過程中越容易溶解,穩(wěn)定性越差。例如:從金屬活性角度來講,金屬活性由高到低的順序為Os>Ru>Ir>Pt>Au;但從金屬穩(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。綜合活性和穩(wěn)定性等因素,目前工業(yè)上選用的PEM電解槽陽極催化劑以銥黑以及IrO2等為主。山東電解制氫膜市場前景

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