上海PEM膜電解水

來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2023-04-14

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(lái)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(dòng)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(lái)5~10a的發(fā)展趨勢(shì)。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。固體氧化物電解水制氫采用固體氧化物為電解質(zhì)材料,適合在高溫環(huán)境下運(yùn)作,能效更高,但處于初期示范階段。上海PEM膜電解水

Ir資源儲(chǔ)量能否支撐整個(gè)PEM水電解制氫技術(shù)的未來(lái)發(fā)展,成為業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注的焦點(diǎn),國(guó)外機(jī)構(gòu)對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)研究預(yù)測(cè)。按照目前用量水平來(lái)計(jì)算,膜電極上的Ir用量為2mg/cm2,而膜電極典型運(yùn)行參數(shù)為4W/cm2,因而1GW級(jí)PEM電解槽的Ir用量為500kg。雖然Ir陽(yáng)極催化劑成本在整個(gè)電解槽成本中占比不大,但若未來(lái)PEM水電解制氫技術(shù)大規(guī)模普及,其需求量會(huì)大幅度上升。目前,全世界Ir產(chǎn)量少于9t?a,因此氫健康在PEM水電解技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用后,陽(yáng)極催化劑的成本占比會(huì)逐漸提升。河北質(zhì)子交換膜制作系統(tǒng)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。

氫健康析氧反應(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(yáng)極反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。質(zhì)子交換膜電解水水電解槽(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(shì)吸引了普遍的研究及應(yīng)用.OER動(dòng)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。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(duì)于開(kāi)發(fā)具有更好性能,更低成本PEMWE陽(yáng)極催化劑,推動(dòng)相關(guān)電化學(xué)系統(tǒng)的商業(yè)化長(zhǎng)期穩(wěn)定性具有重要意義。

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,陰、陽(yáng)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。為此發(fā)展新型水電解技術(shù)成為新趨勢(shì),基于融合堿性水電解和PEM水電解各自優(yōu)勢(shì)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(jià)材料制備無(wú)氟質(zhì)子交換膜,也是質(zhì)子交換膜的發(fā)展趨勢(shì)。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(duì)比。

相比PEM水電解,AEM水電解選用固體聚合物陰離子交換膜作為隔膜材料,膜電極催化劑、雙極板材料可選性更寬廣,未來(lái)突破陰離子交換膜和高活性非貴金屬催化劑等關(guān)鍵材料有望明顯降低電解槽制造成本。應(yīng)用推廣方面,當(dāng)下電力系統(tǒng)中波動(dòng)性可再生能源份額不斷上升,氫健康未來(lái)幾十年這一趨勢(shì)仍將延續(xù)??稍偕茉粗茪涫菃为?dú)綠色低碳制氫方式,不但能提高電網(wǎng)靈活性,而且氫健康可遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和分配可再生能源,支持可再生能源更大規(guī)模的發(fā)展。作為媒介氫氣促進(jìn)可再生能源時(shí)空再分布,助力電力系統(tǒng)與難以深度脫碳的工業(yè)、建筑和交通運(yùn)輸部門(mén)建立起產(chǎn)業(yè)聯(lián)系,不斷豐富氫氣的應(yīng)用場(chǎng)景。這也為PEM水電解制氫技術(shù)帶來(lái)巨大的發(fā)展空間。PEM燃料電池出貨量占比從44.9%進(jìn)一步提升至82.7%,可見(jiàn),全球PEM燃料電池出貨量高速增長(zhǎng)。廣東堿性電解水膜供應(yīng)商

氫氣的來(lái)源分為工業(yè)副產(chǎn)氫、化石燃料制氫、電解水制氫等途徑,差別在于原料的再生性、制氫成本。上海PEM膜電解水

氫健康氫利用的途徑主要是燃料電池移動(dòng)動(dòng)力、分布式電站、化工加氫,新興發(fā)展的是氫燃料汽輪機(jī)、氫氣冶金等。氫能的利用需要從制氫開(kāi)始,由于氫氣在自然界極少以單質(zhì)形式存在,需要通過(guò)工業(yè)過(guò)程制取。氫氣的來(lái)源分為工業(yè)副產(chǎn)氫、化石燃料制氫、電解水制氫等途徑,差別在于原料的再生性、CO2排放、制氫成本。目前,世界上超過(guò)95%的氫氣制取來(lái)源于化石燃料重整,生產(chǎn)過(guò)程必然排放CO2;約4%~5%的氫氣來(lái)源于電解水,生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有CO2排放。制氫過(guò)程按照碳排放強(qiáng)度分為灰氫(煤制氫)、藍(lán)氫(天然氣制氫)、綠氫(電解水制氫、可再生能源)。氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初衷是零碳或低碳排放,因此灰氫、藍(lán)氫將會(huì)逐漸被基于可再生能源的綠氫所替代,綠氫是未來(lái)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。上海PEM膜電解水

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