質(zhì)子交換膜可普遍應(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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)都呈現(xiàn)出較快的需求增長(zhǎng)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(jiàn)，全球PEM燃料電池出貨量高速增長(zhǎng)。依據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟對(duì)未來(lái)燃料電池系統(tǒng)成本的預(yù)測(cè)以及美國(guó)能源部披露的成本結(jié)構(gòu)，綜合測(cè)算，燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域每年為質(zhì)子交換膜帶來(lái)的市場(chǎng)增量將持續(xù)增長(zhǎng)，到2025年、2035年和2050年將分別為9.80億、49.01億和67.39億，非?？捎^。降低催化劑與電解槽的材料成本，是PEM水電解制氫技術(shù)發(fā)展的研究重點(diǎn)。燃料電池膜生產(chǎn)廠家
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。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。氫健康應(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，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。廣東離子交換膜供應(yīng)商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。
在技術(shù)層面，電解水制氫技術(shù)可分為堿性電解水制氫(ALK)、質(zhì)子交換膜電解水制氫(PEM)、固體氧化物電解水制氫(SOE)和陰離子交換膜電解水制氫（AEM）。其中，堿性電解水技術(shù)較為成熟，造價(jià)成本也較低；但是與可再生能源適配性較差。氫健康其中，堿性電解水技術(shù)較為成熟，但無(wú)法快速調(diào)節(jié)制氫速度，與可再生能源適配性較差。固體氧化物電解水制氫（SOE）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。陰離子交換膜電解水制氫（AEM）以陰離子交換膜作為電解質(zhì)隔膜，目前仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。PEM電解水技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。無(wú)污染、無(wú)腐蝕；擁有更高的質(zhì)子傳導(dǎo)性，提升電解效率；同時(shí)有更寬的負(fù)載范圍和更短的響應(yīng)啟動(dòng)時(shí)間，與水電、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，較適合未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展。
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(dòng)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(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，相對(duì)于其他儲(chǔ)能方式，在時(shí)間尺度和規(guī)模尺度上均有明顯優(yōu)勢(shì)；結(jié)合可再生能源電力的波動(dòng)性，可以充分發(fā)揮氫氣的儲(chǔ)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(guò)程中，電解槽陽(yáng)極的析氧反應(yīng)是該過(guò)程的速控步驟。陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)電勢(shì)與陰極反應(yīng)過(guò)電勢(shì)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(yáng)極反應(yīng)過(guò)電勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陰極反應(yīng)過(guò)電勢(shì)。通常陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)電勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陰極反應(yīng)過(guò)電勢(shì)。
質(zhì)子交換膜電解水水電解器(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)，在揭示酸性介質(zhì)中動(dòng)態(tài)OER的復(fù)雜性和開(kāi)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(kāi)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，氫健康所開(kāi)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。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、質(zhì)子交換膜電解水電解水。廣東離子交換膜供應(yīng)商
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)。燃料電池膜生產(chǎn)廠家
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，膜電極制備工藝對(duì)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，氫健康是膜電極制備的主流方法。氫健康在CCS法和CCM法基礎(chǔ)上，近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)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。燃料電池膜生產(chǎn)廠家
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