廣東質(zhì)子交換膜制造

來源: 發(fā)布時(shí)間:2023-04-14

PEM水電解制得的氫氣純度高氫健康,而且其制氫負(fù)荷可以實(shí)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(shí)間存儲,相對于其他儲能方式,在時(shí)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(diǎn),并實(shí)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。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。按照目前用量水平來計(jì)算,1GW級PEM電解槽的Ir用量為500千克。廣東質(zhì)子交換膜制造

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,氫健康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(kuò)散層,而CCM法則將催化劑活性組分直接涂覆在質(zhì)子交換膜電解水電解水兩側(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,是膜電極制備的主流方法。在CCS法和CCM法基礎(chǔ)上,近年來新發(fā)展起來的電化學(xué)沉積法、超聲噴涂法以及轉(zhuǎn)印法成為研究熱點(diǎn)并具備應(yīng)用潛力。新制備方法從多方向、多角度改進(jìn)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(jī)堆放,氣體擴(kuò)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(xué)性能。廣東堿性電解水膜產(chǎn)業(yè)鏈雖然陽極催化劑成本在整個電解槽成本中占比不大,但若電解制氫技術(shù)大規(guī)模普及,其需求量會大幅度上升。

2020年9月,在第七十五屆大會一般性辯論上,氫健康中國提出力爭2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。在實(shí)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(shí)現(xiàn)碳中和。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(shí)現(xiàn)能量在時(shí)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,氫能可以實(shí)現(xiàn)零排放、零污染,減少碳排放。

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,非常可觀。作為媒介氫氣促進(jìn)可再生能源時(shí)空再分布,不斷豐富氫氣的應(yīng)用場景。

氫燃料電池車被視為新能源汽車的下一個風(fēng)口。質(zhì)子交換膜電解水作為氫燃料電池中心部件,其質(zhì)量好壞直接影響電池的使用壽命。從價(jià)值量看,氫能源燃料電池中成本占比較高的自然是燃料電池電堆,其次是儲氣瓶,而在燃料電池堆中,有個關(guān)鍵材料,那就是質(zhì)子交換膜電解水,且成本占到了28%,從整體看,質(zhì)子交換膜電解水成本約占燃料電池總成本的4.08%,幾乎決定了燃料電池的成本。氫健康質(zhì)子交換膜電解水上游主要包括基礎(chǔ)材料和過程材料兩個部分:基礎(chǔ)材料即螢石,利用上游原材料制備可用于后續(xù)加工的各類全氟、非全氟以及特種樹脂。下游應(yīng)用方面,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。借助創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)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。上海堿性電解水膜廠家

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。廣東質(zhì)子交換膜制造

SOEC制氫技術(shù)由于固體氧化物的壽命和制氫規(guī)模的限制,暫時(shí)未達(dá)到工業(yè)應(yīng)用程度,但其制氫效率高,未來具有穩(wěn)定連續(xù)大規(guī)模制氫的潛力;ALK技術(shù)具備成本低、產(chǎn)氫規(guī)模大、技術(shù)成熟度高等優(yōu)點(diǎn),是目前應(yīng)用較廣的水電解制氫技術(shù),氫健康但是存在負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度小、啟動響應(yīng)慢、需要堿液處理過程等缺點(diǎn),特別不適合可再生能源電力波動性的特點(diǎn),只能從電網(wǎng)取電制氫。陰離子交換膜(AEM)水電解、堿性水電解(ALK)以及高溫固體氧化物(SOEC)水電解等4種水電解制氫技術(shù)的性能對比??芍涸诟鞣N水電解制氫技術(shù)中,AEM技術(shù)成熟度低,目前還無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用,但是由于其不使用貴金屬催化劑,同時(shí)兼具PEM和ALK制氫的優(yōu)點(diǎn),未來將會成為取代PEM制氫的替代技術(shù)。廣東質(zhì)子交換膜制造

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