氫能在能源供給側(cè)和消費(fèi)終端轉(zhuǎn)型發(fā)展中可以發(fā)揮重要作用。在能源供給側(cè)，氫能可以消納可再生能源電力，實現(xiàn)能量在時間上的存儲和空間上的轉(zhuǎn)移。相對于其他儲能方式，氫能具備規(guī)模優(yōu)勢；在能源消費(fèi)終端，氫健康氫能可以實現(xiàn)零排放、零污染，減少碳排放。2020年9月，在第七十五屆大會一般性辯論上，中國提出力爭20３0年實現(xiàn)碳達(dá)峰、20６0年實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。在實現(xiàn)目標(biāo)的過程中，氫能的應(yīng)用除了可以減少碳排放、助力碳達(dá)峰，還可以通過氫與二氧化碳反應(yīng)制成有機(jī)化學(xué)品，實現(xiàn)碳中和。在PEM水電解技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用后，陽極催化劑的成本占比會逐漸提升。河北AEM膜制造
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。上海質(zhì)子交換膜電解水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。
氫氣比重小、擴(kuò)散快，其導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的８.4倍，因此常被用作發(fā)電機(jī)組的冷卻劑，可以大幅降低風(fēng)摩擦損耗，對于1ＧＷ的發(fā)電機(jī)組，氫氣純度每提高1％，可以節(jié)約22８ｋＷ的能源。與ALK技術(shù)對比，PEM水電解制氫技術(shù)啟停速度快、負(fù)荷波動范圍廣、產(chǎn)氫壓力高，尤其適合利用可再生能源電力（尤其是離網(wǎng)電力）制氫，是實現(xiàn)大規(guī)模水電解制氫應(yīng)用較有效的方式之一。此外，氫健康它還可以實現(xiàn)對風(fēng)電、水電、光伏電等電力能源的調(diào)峰運(yùn)行和對棄電資源的充分利用，因而成為大規(guī)模、高效儲能的重要方式之一。
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(yuǎn)遠(yuǎn)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(fù)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。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。
PEM水電解制氫技術(shù)具備快速啟停優(yōu)勢，能匹配可再生能源發(fā)電的波動性，逐步成為P2G制氫主流技術(shù)。不同于堿性水電解和PEM水電解，高溫固體氧化物水電解制氫采用固體氧化物為電解質(zhì)材料，工作溫度800~1000℃，制氫過程電化學(xué)性能明顯提升，效率更高。氫健康SOEC電解槽電極采用非貴金屬催化劑，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，電解質(zhì)采用YSZ氧離子導(dǎo)體，全陶瓷材料結(jié)構(gòu)避免了材料腐蝕問題。高溫高濕的工作環(huán)境使電解槽選擇穩(wěn)定性高、持久性好、耐衰減的材料受到限制，也制約SOEC制氫技術(shù)應(yīng)用場景的選擇與大規(guī)模推廣。質(zhì)子交換膜上游主要包括基礎(chǔ)材料和過程材料兩個部分。廣東離子交換膜廠家
借助創(chuàng)新的實驗方法，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。河北AEM膜制造
堿性水電解制氫氫健康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。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(yùn)行成本低，但存在堿液流失、腐蝕、能耗高等問題。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。河北AEM膜制造
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