隨著可再生能源發(fā)電裝機容量不斷上升,、比例不斷增加,、可再生能源電力價格不斷下降；同時,，結(jié)合碳稅,、碳交易等利好政策，水電解制氫的經(jīng)濟性將明顯提高,；而且,，利用可再生能源電力的水電解制氫具備幾乎碳零排放的優(yōu)勢，因此在各種制氫方式中,，水電解制氫的占比將大幅提升,，成為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手。現(xiàn)階段,，CO2捕集,、封存技術(shù)（CCS）和CO2捕集、利用,、封存技術(shù)（CCUS）因成本過高,，暫時不具備經(jīng)濟性。而為了實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”目標(biāo),，未來以化石能源制氫的方式勢必要受到限制或部分被清潔制氫方式取代,。PEM電解水制氫是極具發(fā)展前景的綠色制氫技術(shù)路徑。上海凈水器電解水先進公司

目前,，全世界的氫產(chǎn)量約為70Ｍｔ?ａ,，主要消費方向以石油煉制、化工原料為主,。根據(jù)中國氫能聯(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，制備的氫氣才是清潔的煤制氫的碳排放強度接近風(fēng)電,、水電制氫的20倍,，天然氣制氫的碳排放強度也很高,，兩種方式制氫的碳排放均遠超清潔制氫的碳排放標(biāo)準(zhǔn)；而以可再生資源發(fā)電,，進行水電解制氫則能夠滿足清潔氫氣的碳排放標(biāo)準(zhǔn),。需要強調(diào)的是，采用水電解制氫時,，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，從全生命周期來看,，同樣存在碳排放量大的問題,。因此，水電解制氫是否屬于清潔氫,，要根據(jù)電網(wǎng)電力的種類來判斷?，F(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”的儲能作用將得到普遍體現(xiàn)。河北富氫電解水工藝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,，目前仍處于實驗室階段,。

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,，陰,、陽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)進一步發(fā)展與推廣的關(guān)鍵,。為此發(fā)展新型水電解技術(shù)成為新趨勢,，基于融合堿性水電解和PEM水電解各自優(yōu)勢的研究思路，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材料制備無氟質(zhì)子交換膜,，也是質(zhì)子交換膜的發(fā)展趨勢。

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,。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,。堿性水電解制氫技術(shù)成熟,，投資、運行成本低,，但存在堿液流失,、腐蝕、能耗高等問題,。

膜電極中析氫、析氧電催化劑對整個水電解制氫反應(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酸性工作環(huán)境，易發(fā)生腐蝕,、團聚,、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。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。選用聚芳醚酮和聚砜等廉價材料制備無氟質(zhì)子交換膜,，也是質(zhì)子交換膜的發(fā)展趨勢,。廣東凈水器電解水上市公司

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。上海凈水器電解水先進公司

區(qū)別于堿性水電解制氫,，PEM水電解制氫選用具有良好化學(xué)穩(wěn)定性,、質(zhì)子傳導(dǎo)性、氣體分離性的全氟磺酸質(zhì)子交換膜作為固體電解質(zhì)替代石棉膜,，能有效阻止電子傳遞,，提高電解槽安全性。PEM水電解槽主要部件由內(nèi)到外依次是質(zhì)子交換膜,、陰陽極催化層,、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端板等,。其中擴散層,、催化層與質(zhì)子交換膜組成膜電極，是整個水電解槽物料傳輸以及電化學(xué)反應(yīng)的主場所,，膜電極特性與結(jié)構(gòu)直接影響PEM水電解槽的性能和壽命,。將可再生能源發(fā)電轉(zhuǎn)化為氫氣，可提高電力系統(tǒng)靈活性,，正成為可再生能源發(fā)展和應(yīng)用的重要方向,。上海凈水器電解水先進公司

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