怎么質(zhì)子交換膜

來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2023-07-03

因此,單純從規(guī)模和用量來(lái)看,Ir資源儲(chǔ)量難以維持行業(yè)的發(fā)展,必須對(duì)現(xiàn)有的PEM水電解技術(shù)進(jìn)行完善和升級(jí)。一方面,可以通過(guò)提升催化劑、膜電極技術(shù),以及電解槽整體技術(shù),大幅度降低Ir的用量;另一方面,可以有效回收Ir資源,使其回收利用率達(dá)90%以上。Christine等分別分析了保守情況和樂(lè)觀情況下未來(lái)50年P(guān)EM水電解行業(yè)對(duì)Ir資源需求量的變化情況,氫健康保守情況下,即PEM電極的Ir負(fù)載量保持0.33g?kW不降低,則2045年前Ir的累計(jì)需求增長(zhǎng)率與Ir有效回收情況的累計(jì)需求增長(zhǎng)率相同。PEM燃料電池出貨量占比從44.9%進(jìn)一步提升至82.7%,可見(jiàn),全球PEM燃料電池出貨量高速增長(zhǎng)。怎么質(zhì)子交換膜

不同催化材料的陽(yáng)極過(guò)電勢(shì)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(duì)陽(yáng)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(guò)程中越容易溶解,穩(wěn)定性越差。例如:從金屬活性角度來(lái)講,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(lái)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?。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(yáng)極催化劑以銥黑以及IrO2等為主。質(zhì)子交換膜技術(shù)好嗎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)。

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(wèn)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?,F(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。為此降低貴金屬Pt、Pd載量,開(kāi)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)。

水電解槽制氫設(shè)備開(kāi)發(fā)是國(guó)內(nèi)外堿性水電解制氫研究熱點(diǎn)??稍偕茉醇铀侔l(fā)展使得大規(guī)模消納可再生能源成為突出問(wèn)題。堿性水電解制氫電解槽隔膜主要由石棉組成,起分離氣體的作用。陰極、陽(yáng)極主要由金屬合金組成,如Ni-Mo合金等,分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣。氫健康工業(yè)上堿性水電解槽的電解液通常采用KOH溶液,質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%~30%,電解槽操作溫度70~80℃,工作電流密度約0.25A/cm2,產(chǎn)生氣體壓力0.1~3.0MPa,總體效率62%~82%。堿性水電解制氫技術(shù)成熟,投資、運(yùn)行成本低,但存在堿液流失、腐蝕、能耗高等問(wèn)題。PEM水電解槽采用PEM傳導(dǎo)質(zhì)子,隔絕電極兩側(cè)的氣體,避免AWE使用強(qiáng)堿性液體電解質(zhì)所伴生的缺點(diǎn)。

目前,全世界的氫主要消費(fèi)方向以石油煉制、化工原料為主。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟研究院發(fā)布的數(shù)據(jù),當(dāng)單位制氫的碳排放(CO2)不高于4.9kg?kg時(shí),制備的氫氣才是清潔的煤制氫的碳排放強(qiáng)度接近風(fēng)電、水電制氫的20倍,天然氣制氫的碳排放強(qiáng)度也很高,兩種方式制氫的碳排放均遠(yuǎn)超清潔制氫的碳排放標(biāo)準(zhǔn);而以可再生資源發(fā)電,進(jìn)行水電解制氫則能夠滿足清潔氫氣的碳排放標(biāo)準(zhǔn)。需要強(qiáng)調(diào)的是,采用水電解制氫時(shí),只有利用可再生能源電力制取的氫氣才滿足低碳排放的標(biāo)準(zhǔn);而利用不可再生能源電力制取的氫氣,從全生命周期來(lái)看,同樣存在碳排放量大的問(wèn)題。因此,氫健康水電解制氫是否屬于清潔氫,要根據(jù)電網(wǎng)電力的種類(lèi)來(lái)判斷。現(xiàn)階段,氫氣主要用作工業(yè)原料,但在發(fā)電、供熱、交通燃料等領(lǐng)域有巨大發(fā)展?jié)摿?。隨著可再生能源發(fā)電比例和規(guī)模不斷提升,間歇性電力“削峰填谷”的儲(chǔ)能作用將得到普遍體現(xiàn)。目前PEM水電解制氫技術(shù)已在加氫站現(xiàn)場(chǎng)制氫、儲(chǔ)能等領(lǐng)域得到示范應(yīng)用并逐步推廣。質(zhì)子交換膜標(biāo)志

通過(guò)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)。怎么質(zhì)子交換膜

在技術(shù)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(shù),已有數(shù)十年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),較為成熟;PEM電解水技術(shù)近年來(lái)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速,SOE水電解技術(shù)處于初步示范階段,而AEM水電解研究剛起步。氫健康從時(shí)間尺度上看,AWE技術(shù)在解決近期可再生能源的消納方面易于快速部署和應(yīng)用;但從技術(shù)角度看,PEM電解水技術(shù)的電流密度高、電解槽體積小、運(yùn)行靈活、利于快速變載,與風(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。隨著PEM電解槽的推廣應(yīng)用,其成本有望快速下降,必然是未來(lái)5~10a的發(fā)展趨勢(shì)。SOE、AEM水電解的發(fā)展則取決于相關(guān)材料技術(shù)的突破情況。怎么質(zhì)子交換膜

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