作為水電解槽膜電極的中心部件，質(zhì)子交換膜不但傳導質(zhì)子,，隔離氫氣和氧氣,，而且還為催化劑提供支撐，其性能的好壞直接決定水電解槽的性能和使用壽命,。長期被國外少數(shù)廠家壟斷,，質(zhì)子交換膜價格高達幾百~幾千美元/m2。為降低膜成本,，提高膜性能,，國內(nèi)外重點攻關改性全氟磺酸質(zhì)子交換膜、有機/無機納米復合質(zhì)子交換膜和無氟質(zhì)子交換膜,。全氟磺酸膜改性研究聚焦聚合物改性,、膜表面刻蝕改性以及膜表面貴金屬催化劑沉積3種途徑。通過引入無機組分制備有機/無機納米復合質(zhì)子交換膜,，使其兼具有機膜柔韌性和無機膜良好熱性能,、化學穩(wěn)定性和力學性能，成為近幾年的研究熱點,。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)。河北太陽能電解水上市公司
質(zhì)子交換膜（PEM）在氫燃料電池,、電解水制氫氣等領域中所交換的陽離子為質(zhì)子,，又被稱為離子膜。質(zhì)子交換膜處于有機氟化工產(chǎn)業(yè)鏈末端,，其上游是有機氟化工的單體材料,，下游是基于質(zhì)子交換膜的氯堿工業(yè)、燃料電池,、電解水,、儲能電池等應用領域。目前產(chǎn)業(yè)化應用的均為全氟質(zhì)子交換膜，質(zhì)子交換膜使用的是全氟磺酸樹脂,，離子膜使用全氟磺酸樹脂,、全氟羧酸樹脂的復合膜。全氟磺酸樹脂具有強酸性,，全氟羧酸樹脂具有弱酸性,，更能夠適應氯堿工業(yè)中的堿性環(huán)境。盡管目前全氟磺酸PEM應用較普遍,，但仍存在成本較高,、尺寸穩(wěn)定性較差、溫度升高會降低質(zhì)子傳導性的缺點,。江蘇風能電解水公司電解水系統(tǒng)需要有相應的“水源”,。
為了加快PEMWE的發(fā)展，深入理解電極反應的動態(tài)過程,理論計算和實驗的結(jié)合,對具有實際應用前景的催化劑的進一步發(fā)展,催化劑性能的評價準則,對實驗室基礎研究中水系模型和實際操作差異的理解,集成膜電極組件的開發(fā)需要更多的研究,。PEMWE的組裝方法,實際運行條件,包括離聚物,膜,氣體擴散層,極板,催化劑層在內(nèi)的各個組分都是影響PEMWE性能的關鍵參數(shù).對各個組分的發(fā)展和應用現(xiàn)狀進行綜述,同時對有實際應用前景的催化劑進行分析,包括負載型催化劑,銥/釕為主體的摻雜型催化劑,。借助創(chuàng)新實驗方法和先進表征技術發(fā)展在揭示酸介質(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就。但所開發(fā)的催化劑及相關器件的性能與工業(yè)應用之間仍存在一定的差距,。
質(zhì)子交換膜水電解器(PEMWE)技術在可再生能源的電催化制氫方面受到關注,。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，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)的催化劑及相關裝置的性能與工業(yè)應用仍有一定差距。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,。
我國將氫能作為戰(zhàn)略能源技術，給予持續(xù)的政策支持,，推動產(chǎn)業(yè)化進程,。在政策、資金等多因素疊加催化下,，近幾年國內(nèi)加氫站等基礎設施,、產(chǎn)業(yè)鏈關鍵技術與裝備得到發(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。水電解制氫是指水分子在直流電作用下被解離生成氧氣和氫氣，分別從電解槽陽極和陰極析出,。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（AE）、質(zhì)子交換膜電解水電解水（PEM）水電解以及高溫固體氧化物水電解（SOEC）,。目前SOEC制氫技術仍處于實驗階段,。電解水系統(tǒng)的響應時間也決定了其應用場景。江蘇風能電解水公司
PEM電解水制氫是極具發(fā)展前景的綠色制氫技術路徑,。河北太陽能電解水上市公司
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,，是膜電極制備的主流方法。在CCS法和CCM法基礎上,，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,。河北太陽能電解水上市公司
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