與ALK技術(shù)對(duì)比，氫健康PEM水電解制氫技術(shù)啟停速度快、負(fù)荷波動(dòng)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模水電解制氫應(yīng)用較有效的方式之一。此外，它還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電、水電、光伏電等電力能源的調(diào)峰運(yùn)行和對(duì)棄電資源的充分利用，因而成為大規(guī)模、高效儲(chǔ)能的重要方式之一。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(duì)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。通過引入無(wú)機(jī)組分制備有機(jī)納米質(zhì)子交換膜，使其兼具有機(jī)膜柔韌性和無(wú)機(jī)膜良好熱性能成為近幾年的研究熱點(diǎn)。山東離子交換膜電解水
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(diǎn)還是雙位點(diǎn)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(gè)活性金屬位點(diǎn)上通過*OOH中間體，即所謂的酸堿途徑，或者在兩個(gè)相鄰的金屬位點(diǎn)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(wú)定形金屬氧化物和一些具有高金屬氧共價(jià)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(gè)活性氧位點(diǎn)或通過兩個(gè)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(shí)由此產(chǎn)生的不飽和金屬位點(diǎn)更容易溶解，帶來催化劑穩(wěn)定性問題。山東電解水隔膜前景作為媒介氫氣促進(jìn)可再生能源時(shí)空再分布，不斷豐富氫氣的應(yīng)用場(chǎng)景。
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)子交換膜電解水，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。氫健康為此發(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)子交換膜電解水，也是質(zhì)子交換膜電解水的發(fā)展趨勢(shì)。
PEMWE的組裝方法，實(shí)際運(yùn)行條件，包括離聚物，膜，氣體擴(kuò)散層，極板，催化劑層在內(nèi)的各個(gè)組分都是影響PEMWE性能的關(guān)鍵參數(shù).對(duì)各個(gè)組分的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，同時(shí)對(duì)有實(shí)際應(yīng)用前景的催化劑進(jìn)行分析，包括負(fù)載型催化劑，銥/釕為主體的摻雜型催化劑。借助創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法和先進(jìn)表征技術(shù)發(fā)展在揭示酸介質(zhì)中動(dòng)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就。氫健康但所開發(fā)的催化劑及相關(guān)器件的性能與工業(yè)應(yīng)用之間仍存在一定的差距。為了加快PEMWE的發(fā)展，深入理解電極反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過程，理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，對(duì)具有實(shí)際應(yīng)用前景的催化劑的進(jìn)一步發(fā)展，催化劑性能的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，對(duì)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究中水系模型和實(shí)際操作差異的理解，集成膜電極組件的開發(fā)需要更多的研究。為了實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)，未來以化石能源制氫的方式勢(shì)必要受到限制或部分被清潔制氫方式取代。
為此降低貴金屬Pt、Pd載量，開發(fā)適應(yīng)酸性環(huán)境的非貴金屬析氫催化劑成為研究熱點(diǎn)。氫健康膜電極中析氫、析氧電催化劑對(duì)整個(gè)水電解制氫反應(yīng)十分重要。理想電催化劑應(yīng)具有抗腐蝕性、良好的比表面積、氣孔率、催化活性、電子導(dǎo)電性、電化學(xué)穩(wěn)定性以及成本低廉、環(huán)境友好等特征。陰極析氫電催化劑處于強(qiáng)酸性工作環(huán)境，易發(fā)生腐蝕、團(tuán)聚、流失等問題，為保證電解槽性能和壽命，析氫催化劑材料選擇耐腐蝕的Pt、Pd貴金屬及其合金為主。現(xiàn)有商業(yè)化析氫催化劑Pt載量為0.4~0.6mg/cm2，貴金屬材料成本高，阻礙PEM水電解制氫技術(shù)快速推廣應(yīng)用。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以及高溫固體氧化物水電解（SOEC）。上海膜制取
在市場(chǎng)化進(jìn)程方面，堿水電解（AWE）作為較為成熟的電解技術(shù)占據(jù)著主導(dǎo)地位，尤其是一些大型項(xiàng)目的應(yīng)用。山東離子交換膜電解水
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，氫健康未來幾十年這一趨勢(shì)仍將延續(xù)。可再生能源制氫是單獨(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)帶來巨大的發(fā)展空間。山東離子交換膜電解水
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