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)子交換膜電解水，陰、陽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。氫健康為此發(fā)展新型水電解技術(shù)成為新趨勢，基于融合堿性水電解和PEM水電解各自優(yōu)勢的研究思路，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材料制備無氟質(zhì)子交換膜電解水，也是質(zhì)子交換膜電解水的發(fā)展趨勢。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，陽極材料選用鈣鈦礦氧化物。堿性電解水膜市場前景
水電解槽制氫設(shè)備開發(fā)是國內(nèi)外堿性水電解制氫研究熱點?？稍偕茉醇铀侔l(fā)展使得大規(guī)模消納可再生能源成為突出問題。堿性水電解制氫電解槽隔膜主要由石棉組成，起分離氣體的作用。陰極、陽極主要由金屬合金組成，如Ni-Mo合金等，分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣。氫健康工業(yè)上堿性水電解槽的電解液通常采用KOH溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%~30%，電解槽操作溫度70~80℃，工作電流密度約0.25A/cm2，產(chǎn)生氣體壓力0.1~3.0MPa，總體效率62%~82%。堿性水電解制氫技術(shù)成熟，投資、運行成本低，但存在堿液流失、腐蝕、能耗高等問題。江蘇堿性電解水膜市場前景在市場化進(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，尤其是一些大型項目的應(yīng)用。
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(dǎo)性，提升電解效率；同時有更寬的負(fù)載范圍和更短的響應(yīng)啟動時間，與水電、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，較適合未來能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展。
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?？捎^。陰離子交換膜水電解、堿性水電解以及高溫固體氧化物水電解等4種水電解制氫技術(shù)的性能對比。
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。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。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。江蘇PEM膜產(chǎn)業(yè)鏈
理想電催化劑應(yīng)具有抗腐蝕性、良好的比表面積、電子導(dǎo)電性、電化學(xué)穩(wěn)定性以及成本低廉、環(huán)境友好等特征。堿性電解水膜市場前景
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)，選擇單位點還是雙位點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，在單個活性金屬位點上通過*OOH中間體，即所謂的酸堿途徑，或者在兩個相鄰的金屬位點上，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定形金屬氧化物和一些具有高金屬氧共價的鈣鈦礦中，晶格氧機(jī)理發(fā)生在遭受水親核攻擊的單個活性氧位點或通過兩個相鄰反應(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，同時由此產(chǎn)生的不飽和金屬位點更容易溶解，帶來催化劑穩(wěn)定性問題。堿性電解水膜市場前景
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