水電解槽制氫設(shè)備開發(fā)是國內(nèi)外堿性水電解制氫研究熱點,?？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)量分數(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,、運行成本低,，但存在堿液流失、腐蝕,、能耗高等問題,。近幾年國內(nèi)加氫站等基礎(chǔ)設(shè)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,。河北鈞希膜項目公司

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%）,，氫氣體積分數(shù)更高（>99.99%）,，產(chǎn)氣壓力更高（3~4MPa），動態(tài)響應(yīng)速度更快,，能適應(yīng)可再生能源發(fā)電的波動性,，被認為是極具發(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。山東電解水隔膜制氫方法除了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,。

因此，單純從規(guī)模和用量來看,，Ｉｒ資源儲量難以維持行業(yè)的發(fā)展,，必須對現(xiàn)有的PEM水電解技術(shù)進行完善和升級。一方面,，可以通過提升催化劑,、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90％以上,。Ｃｈｒｉｓｔｉｎｅ等分別分析了保守情況和樂觀情況下未來50年P(guān)EM水電解行業(yè)對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負載量保持0.３３ｇ?ｋＷ不降低，則2045年前Ｉｒ的累計需求增長率與Ｉｒ有效回收情況的累計需求增長率相同,。

陽極反應(yīng)過電勢與陰極反應(yīng)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(yīng)過電勢遠遠高于陰極反應(yīng)過電勢,。PEM水電解制得的氫氣純度高,，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(yīng)是該過程的速控步驟。電解水制氫技術(shù)涵蓋技術(shù)分類,、堿水制氫應(yīng)用,、質(zhì)子交換膜（PEM）電解水制氫。

隨著日益增長的低碳減排需求,，氫的綠色制取技術(shù)受到普遍重視,，利用可再生能源進行電解水制氫是目前眾多氫氣來源方案中碳排放較低的工藝。本文梳理了氫能需求和規(guī)劃的進展、電解水制氫的示范項目情況,，重點分析了電解水制氫技術(shù),，涵蓋技術(shù)分類、堿水制氫應(yīng)用,、質(zhì)子交換膜（PEM）電解水制氫,。研究認為，提升電催化劑活性,、提高膜電極中催化劑的利用率,、改善雙極板表面處理工藝、優(yōu)化電解槽結(jié)構(gòu),，有助于提高PEM電解槽的性能并降低設(shè)備成本,；PEM電解水制氫技術(shù)的運行電流密度高、能耗低,、產(chǎn)氫壓力高,，適應(yīng)可再生能源發(fā)電的波動性特征、易于與可再生能源消納相結(jié)合,，是電解水制氫的適宜方案,。氫健康結(jié)合氫儲運與電解制氫的技術(shù)特征研判、我國輸氫需求,，提出發(fā)展建議：利用西北,、西南、東北等區(qū)域豐富的可再生能源,，通過電解水制氫產(chǎn)生高壓氫,。氫能的應(yīng)用除了可以減少碳排放、助力碳達峰,，還可以通過氫與二氧化碳反應(yīng)制成有機化學(xué)品,，實現(xiàn)碳中和。山東堿性電解水膜技術(shù)

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,。河北鈞希膜項目公司

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,。河北鈞希膜項目公司

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