上海質(zhì)子交換膜廠家

來源: 發(fā)布時間:2023-05-04

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,近年來新發(fā)展起來的電化學沉積法、超聲噴涂法以及轉(zhuǎn)印法成為研究熱點并具備應用潛力。新制備方法從多方向、多角度改進膜電極結(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堆放,氣體擴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性能。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。上海質(zhì)子交換膜廠家

PEM水電解制得的氫氣純度高氫健康,而且其制氫負荷可以實現(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)模長時間存儲,相對于其他儲能方式,在時間尺度和規(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,并實現(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是該過程的速控步驟。陽極反應過電勢與陰極反應過電勢的大小,是水電解制氫效率高低的主要影響因素之一,通常陽極反應過電勢遠遠高于陰極反應過電勢。上海質(zhì)子交換膜廠家由于氫氣可以大規(guī)模長時間存儲,相對于其他儲能方式,在時間尺度和規(guī)模尺度上均有明顯優(yōu)勢。

在未來前20年中因Ir使用壽命及裝置未到報廢時限等因素,PEM水電解裝置中Ir資源回收利用還沒有得到有效實施,因此對新Ir資源需求總量增長較快,到2045年Ir的需求量達到約1.5t?a,小于Ir的產(chǎn)量,因而供給可以滿足需求。在2045—2070年,新增PEM水電解裝置裝機容量不斷加大,同時Ir資源的回收利用量也不斷加大。由于Ir資源的回收利用,氫健康Ir資源的累計需求增長率增長幅度不斷減小,到2070年Ir的需求量為2t左右,增幅不大。因此,按照目前Ir的年產(chǎn)量,未來50年Ir供給可以滿足使用需求。

質(zhì)子交換膜水電解器(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、更高的質(zhì)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(shù),氫健康在揭示酸性介質(zhì)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(zhì)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,所開發(fā)的催化劑及相關(guān)裝置的性能與工業(yè)應用仍有一定差距??稍偕茉粗茪涫菃为毦G色低碳制氫方式,不但能提高電網(wǎng)靈活性,而且可遠距離運輸和分配可再生能源。

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。析氫催化劑材料選擇耐腐蝕的Pt、Pd貴金屬及其合金為主。新型制氫膜電解水

近幾年國內(nèi)加氫站等基礎(chǔ)設施、產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)得到發(fā)展,形成長三角、珠三角、京津冀等氫能產(chǎn)業(yè)熱點區(qū)域。上海質(zhì)子交換膜廠家

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。氫健康可知:在各種水電解制氫技術(shù)中,AEM技術(shù)成熟度低,目前還無法實現(xiàn)大規(guī)模應用,但是由于其不使用貴金屬催化劑,同時兼具PEM和ALK制氫的優(yōu)點,未來將會成為取代PEM制氫的替代技術(shù);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,暫時未達到工業(yè)應用程度,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,是目前應用較廣的水電解制氫技術(shù),但是存在負荷調(diào)節(jié)幅度小、啟動響應慢、需要堿液處理過程等缺點,特別不適合可再生能源電力波動性的特點,只能從電網(wǎng)取電制氫。上海質(zhì)子交換膜廠家

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