質子交換膜電解水水電解器(PEMWE)技術在可再生能源的電催化制氫方面受到關注。它具有立即響應、更高的質子電導率、更低的歐姆損耗和氣體交叉率的優(yōu)點。借助創(chuàng)新的實驗方法和先進的表征技術，在揭示酸性介質中動態(tài)OER的復雜性和開發(fā)高效穩(wěn)定的電催化劑方面取得了重要成果。本綜述重點介紹了在酸性介質中開發(fā)OER電催化劑的反應和降解機制以及較新進展。此外，還在設備層面討論了PEM水電解的進展。然而，氫健康所開發(fā)的催化劑及相關裝置的性能與工業(yè)應用仍有一定差距。電解槽可以實現對風電、水電、光伏電等電力能源的調峰運行和對棄電資源的充分利用。AEM膜供應商
不同催化材料的陽極過電勢通常為200～500ｍＶ。在高電位、氧化、酸性環(huán)境下氫健康，PEM電解槽對陽極催化劑材料的要求極為苛刻，能滿足該要求的催化材料但限于某些貴金屬。通常，活性越高的金屬，其在水電解過程中越容易溶解，穩(wěn)定性越差。例如：從金屬活性角度來講，金屬活性由高到低的順序為Ｏｓ＞Ｒｕ＞Ｉｒ＞Ｐｔ＞Ａｕ；但從金屬穩(wěn)定性角度來講，其穩(wěn)定性由高到低的順序為Ａｕ＞Ｐｔ＞Ｉｒ＞Ｒｕ＞Ｏｓ。綜合活性和穩(wěn)定性等因素，目前工業(yè)上選用的PEM電解槽陽極催化劑以銥黑以及ＩｒＯ2等為主。山東燃料電池膜制造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。
現階段，CO2捕集、封存技術（CCS）和CO2捕集、利用、封存技術（CCUS）因成本過高，暫時不具備經濟性。而為了實現“碳達峰”和“碳中和”目標，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。氫健康隨著可再生能源發(fā)電裝機容量不斷上升、比例不斷增加、可再生能源電力價格不斷下降；同時，結合碳稅、碳交易等利好政策，水電解制氫的經濟性將明顯提高；而且，利用可再生能源電力的水電解制氫具備幾乎碳零排放的優(yōu)勢，因此在各種制氫方式中，水電解制氫的占比將大幅提升，成為實現“雙碳”目標的重要抓手。
區(qū)別于堿性水電解制氫，PEM水電解制氫選用具有良好化學穩(wěn)定性、質子傳導性、氣體分離性的全氟磺酸質子交換膜電解水電解水作為固體電解質替代石棉膜，能有效阻止電子傳遞，提高電解槽安全性。PEM水電解槽主要部件由內到外依次是質子交換膜電解水電解水、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端板等。其中擴散層、催化層與質子交換膜電解水電解水組成膜電極，是整個水電解槽物料傳輸以及電化學反應的主場所，氫健康膜電極特性與結構直接影響PEM水電解槽的性能和壽命。將可再生能源發(fā)電轉化為氫氣，可提高電力系統(tǒng)靈活性，正成為可再生能源發(fā)展和應用的重要方向。降低催化劑與電解槽的材料成本，是PEM水電解制氫技術發(fā)展的研究重點。
在技術層面，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，已有數十年的應用經驗，較為成熟；PEM電解水技術近年來產業(yè)化發(fā)展迅速，SOE水電解技術處于初步示范階段，而AEM水電解研究剛起步。氫健康從時間尺度上看，AWE技術在解決近期可再生能源的消納方面易于快速部署和應用；但從技術角度看，PEM電解水技術的電流密度高、電解槽體積小、運行靈活、利于快速變載，與風電、光伏（發(fā)電的波動性和隨機性較大）具有良好的匹配性。隨著PEM電解槽的推廣應用，其成本有望快速下降，必然是未來5~10a的發(fā)展趨勢。SOE、AEM水電解的發(fā)展則取決于相關材料技術的突破情況。PEM水電解槽采用PEM傳導質子，隔絕電極兩側的氣體，避免AWE使用強堿性液體電解質所伴生的缺點。河北離子交換膜制備
灰氫、藍氫將會逐漸被基于可再生能源的綠氫所替代，綠氫是未來能源產業(yè)的發(fā)展方向。AEM膜供應商
雖然Ｉｒ陽極催化劑成本在整個電解槽成本中占比不大，但若未來PEM水電解制氫技術大規(guī)模普及，其需求量會大幅度上升。目前，全世界Ｉｒ產量少于9ｔ/ａ，因此在PEM水電解技術大規(guī)模應用后，陽極催化劑的成本占比會逐漸提升。氫健康Ｉｒ資源儲量能否支撐整個PEM水電解制氫技術的未來發(fā)展，成為業(yè)內普遍關注的焦點，國外機構對此進行了相關研究預測。按照目前用量水平來計算，膜電極上的Ｉｒ用量為2ｍｇ/ｃｍ2，而膜電極典型運行參數為4Ｗ?ｃｍ2，因而1ＧＷ級PEM電解槽的Ｉｒ用量為500ｋｇ。AEM膜供應商
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