氫健康氫利用的途徑主要是燃料電池移動(dòng)動(dòng)力、分布式電站、化工加氫，新興發(fā)展的是氫燃料汽輪機(jī)、氫氣冶金等。氫能的利用需要從制氫開始，由于氫氣在自然界極少以單質(zhì)形式存在，需要通過工業(yè)過程制取。氫氣的來源分為工業(yè)副產(chǎn)氫、化石燃料制氫、電解水制氫等途徑，差別在于原料的再生性、CO2排放、制氫成本。目前，世界上超過95%的氫氣制取來源于化石燃料重整，生產(chǎn)過程必然排放CO2；約4%~5%的氫氣來源于電解水，生產(chǎn)過程沒有CO2排放。制氫過程按照碳排放強(qiáng)度分為灰氫（煤制氫）、藍(lán)氫（天然氣制氫）、綠氫（電解水制氫、可再生能源）。氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初衷是零碳或低碳排放，因此灰氫、藍(lán)氫將會(huì)逐漸被基于可再生能源的綠氫所替代，綠氫是未來能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。PEM燃料電池出貨量占比從44.9%進(jìn)一步提升至82.7%，可見，全球PEM燃料電池出貨量高速增長。質(zhì)子交換膜 技術(shù)
與堿性水電解制氫相比，PEM水電解制氫工作電流密度更高（?1A/cm2），總體效率更高（74%~87%），氫氣體積分?jǐn)?shù)更高（>99.99%），產(chǎn)氣壓力更高（3~4MPa），動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度更快，能適應(yīng)可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性，被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的水電解制氫技術(shù)。目前PEM水電解制氫技術(shù)已在加氫站現(xiàn)場制氫、風(fēng)電等可再生能源電解水制氫、儲(chǔ)能等領(lǐng)域得到示范應(yīng)用并逐步推廣。過去5年電解槽成本已下降了40%，但是投資和運(yùn)行成本高仍然是PEM水電解制氫亟待解決的主要問題，這與目前析氧、析氫電催化劑只能選用貴金屬材料密切相關(guān)。氫健康為此降低催化劑與電解槽的材料成本，特別是陰、陽極電催化劑的貴金屬載量，提高電解槽的效率和壽命，是PEM水電解制氫技術(shù)發(fā)展的研究重點(diǎn)。誰知道Areva如何規(guī)劃質(zhì)子交換膜電堆陰離子交換膜水電解、堿性水電解以及高溫固體氧化物水電解等4種水電解制氫技術(shù)的性能對比。
PEM水電解制氫技術(shù)具備快速啟停優(yōu)勢，能匹配可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性，逐步成為P2G制氫主流技術(shù)。不同于堿性水電解和PEM水電解，高溫固體氧化物水電解制氫采用固體氧化物為電解質(zhì)材料，工作溫度800~1000℃，制氫過程電化學(xué)性能明顯提升，效率更高。氫健康SOEC電解槽電極采用非貴金屬催化劑，陰極材料選用多孔金屬陶瓷Ni/YSZ，陽極材料選用鈣鈦礦氧化物，電解質(zhì)采用YSZ氧離子導(dǎo)體，全陶瓷材料結(jié)構(gòu)避免了材料腐蝕問題。高溫高濕的工作環(huán)境使電解槽選擇穩(wěn)定性高、持久性好、耐衰減的材料受到限制，也制約SOEC制氫技術(shù)應(yīng)用場景的選擇與大規(guī)模推廣。
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。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，PEM電解槽對陽極催化劑材料的要求極為苛刻，氫健康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，氫健康金屬活性由高到低的順序?yàn)椋希螅荆遥酰荆桑颍荆校簦荆粒?；但從金屬穩(wěn)定性角度來講，其穩(wěn)定性由高到低的順序?yàn)椋粒酰荆校簦荆桑颍荆遥酰荆希?。世界上超過95%的氫氣制取來源于化石燃料重整，生產(chǎn)過程必然排放CO2。
分析氧反應(yīng)（OER）在水分解，CO2還原和可再生電燃料電池等各種電化學(xué)系統(tǒng)的陽極反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。質(zhì)子交換膜水電解槽（PEMWE）技術(shù)由于運(yùn)行電流密度更大，產(chǎn)生氫氣純度更高，可利用間歇性可再生能源等優(yōu)勢吸引了普遍的研究及應(yīng)用.OER動(dòng)力學(xué)遲緩、貴金屬電極材料的有限選擇和催化劑在強(qiáng)氧化強(qiáng)酸性介質(zhì)中的降解，以及PEMWE各組件選擇是PEMWE技術(shù)普遍應(yīng)用的主要瓶頸。氫健康因此，從根本上了解反應(yīng)機(jī)理，催化劑失活原因，周到總結(jié)OER催化劑以及目前在PEMWE實(shí)際應(yīng)用的現(xiàn)狀對于開發(fā)具有更好性能，更低成本PEMWE陽極催化劑，推動(dòng)相關(guān)電化學(xué)系統(tǒng)的商業(yè)化長期穩(wěn)定性具有重要意義。質(zhì)子交換膜上游主要包括基礎(chǔ)材料和過程材料兩個(gè)部分。哪里可以查到中電豐業(yè)如何規(guī)劃質(zhì)子交換膜電堆
SOEC電解槽電極采用非貴金屬催化，陰極材料選用多孔金屬陶瓷Ni/YSZ，陽極材料選用鈣鈦礦氧化物。質(zhì)子交換膜 技術(shù)
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，催化劑性能的評價(jià)準(zhǔn)則，對實(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。氫健康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。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。質(zhì)子交換膜 技術(shù)
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