是否有報(bào)道陽光氫能用的質(zhì)子交換膜

來源: 發(fā)布時(shí)間:2023-04-11

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(huì)降低質(zhì)子傳導(dǎo)性的缺點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo),未來以化石能源制氫的方式勢必要受到限制或部分被清潔制氫方式取代。是否有報(bào)道陽光氫能用的質(zhì)子交換膜

隨著日益增長的低碳減排需求,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)合氫儲運(yùn)與電解制氫的技術(shù)特征研判、我國輸氫需求,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,通過電解水制氫產(chǎn)生高壓氫。哪里可以買到康明斯用的質(zhì)子交換膜過去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)。

作為水電解槽膜電極的中心部件,質(zhì)子交換膜不但傳導(dǎo)質(zhì)子,隔離氫氣和氧氣,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。長期被國外少數(shù)廠家壟斷,質(zhì)子交換膜價(jià)格高達(dá)幾百~幾千美元/m2。氫健康為降低膜成本,提高膜性能,國內(nèi)外重點(diǎn)攻關(guān)改性全氟磺酸質(zhì)子交換膜、有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合質(zhì)子交換膜和無氟質(zhì)子交換膜。全氟磺酸膜改性研究聚焦聚合物改性、膜表面刻蝕改性以及膜表面貴金屬催化劑沉積3種途徑。通過引入無機(jī)組分制備有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合質(zhì)子交換膜,使其兼具有機(jī)膜柔韌性和無機(jī)膜良好熱性能、化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能,成為近幾年的研究熱點(diǎn)。

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^。近幾年國內(nèi)加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)得到發(fā)展,形成長三角、珠三角、京津冀等氫能產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)區(qū)域。

我國將氫能氫健康作為戰(zhàn)略能源技術(shù),給予持續(xù)的政策支持,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。在政策、資金等多因素疊加催化下,近幾年國內(nèi)加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)與裝備得到發(fā)展,形成長三角、珠三角、京津冀等氫能產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)區(qū)域。水電解制氫是指水分子在直流電作用下被解離生成氧氣和氫氣,分別從電解槽陽極和陰極析出。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(AE)、質(zhì)子交換膜(PEM)水電解以及高溫固體氧化物水電解(SOEC)。目前SOEC制氫技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)階段。在第七十五屆大會(huì)一般性辯論上,中國提出力爭2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)??煞裰繬el使用誰家的質(zhì)子交換膜

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。是否有報(bào)道陽光氫能用的質(zhì)子交換膜

質(zhì)子交換膜水電解器(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),氫健康在揭示酸性介質(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,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。是否有報(bào)道陽光氫能用的質(zhì)子交換膜

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