質子交換膜電解水水電解器(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、更高的質子電導率、更低的歐姆損耗和氣體交叉率的優點。借助創新的實驗方法和先進的表征技術,在揭示酸性介質中動態OER的復雜性和開發高效穩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中開發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,所開發的催化劑及相關裝置的性能與工業應用仍有一定差距。PEM電解水小型系統,常見于“實驗室”,可以作為H2的來源。可否知道中科科創PEM電解水用的德國膜
在技術層面,電解水制氫技術可分為堿性電解水制氫(ALK)、質子交換膜電解水電解水制氫(PEM)、固體氧化物電解水制氫(SOE)和陰離子交換膜電解水制氫(AEM)。其中,堿性電解水技術較為成熟,造價成本也較低;但是與可再生能源適配性較差。其中,堿性電解水技術較為成熟,但無法快速調節制氫速度,與可再生能源適配性較差。固體氧化物電解水制氫(SOE)采用固體氧化物為電解質材料,適合在高溫環境下運作,能效更高,但處于初期示范階段。陰離子交換膜電解水制氫(AEM)以陰離子交換膜作為電解質隔膜,目前仍處于實驗室階段。PEM電解水技術具有獨特優勢。無污染、無腐蝕;擁有更高的質子傳導性,提升電解效率;同時有更寬的負載范圍和更短的響應啟動時間,與水電、風電、光伏(發電的波動性和隨機性較大)具有良好的匹配性,較適合未來能源結構的發展。哪里可以買到Areva的PEM電解水實驗室供氫,通常使用PEM電解水設備,因為氫氣比較純。
PEM水電解制氫技術具備快速啟停優勢,能匹配可再生能源發電的波動性,逐步成為P2G制氫主流技術。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材料,工作溫度800~1000℃,制氫過程電化學性能明顯提升,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,電解質采用YSZ氧離子導體,全陶瓷材料結構避免了材料腐蝕問題。高溫高濕的工作環境使電解槽選擇穩定性高、持久性好、耐衰減的材料受到限制,也制約SOEC制氫技術應用場景的選擇與大規模推廣。
水電解槽制氫設備開發是國內外堿性水電解制氫研究熱點。可再生能源加速發展使得大規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,分解水產生氫氣和氧氣。工業上堿性水電解槽的電解液通常采用KOH溶液,質量分數20%~30%,電解槽操作溫度70~80℃,工作電流密度約0.25A/cm2,產生氣體壓力0.1~3.0MPa,總體效率62%~82%。堿性水電解制氫技術成熟,投資、運行成本低,但存在堿液流失、腐蝕、能耗高等問題。PEM電解水同時還是氫健康產品的主流技術。
氫利用的途徑主要是燃料電池移動動力、分布式電站、化工加氫,新興發展的是氫燃料汽輪機、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形式存在,需要通過工業過程制取。氫氣的來源分為工業副產氫、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,生產過程必然排放CO2;約4%~5%的氫氣來源于電解水,生產過程沒有CO2排放。制氫過程按照碳排放強度分為灰氫(煤制氫)、藍氫(天然氣制氫)、綠氫(電解水制氫、可再生能源)。氫能產業發展初衷是零碳或低碳排放,因此灰氫、藍氫將會逐漸被基于可再生能源的綠氫所替代,綠氫是未來能源產業的發展方向。PEM電解水可以做成雙向的設備,從而實現單機的雙向作用。哪里可以查到蘇州競力怎樣測試PEM電解水
PEM電解水在中國的發展歷史并不是太長。可否知道中科科創PEM電解水用的德國膜
氫燃料電池車被視為新能源汽車的下一個風口。質子交換膜作為氫燃料電池中心部件,其質量好壞直接影響電池的使用壽命。從價值量看,氫能源燃料電池中成本占比較高的自然是燃料電池電堆,其次是儲氣瓶,而在燃料電池堆中,有個關鍵材料,那就是質子交換膜,且成本占到了28%,從整體看,質子交換膜成本約占燃料電池總成本的4.08%,幾乎決定了燃料電池的成本。質子交換膜上游主要包括基礎材料和過程材料兩個部分:基礎材料即螢石,利用上游原材料制備可用于后續加工的各類全氟、非全氟以及特種樹脂。下游應用方面,質子交換膜可普遍應用于燃料電池、電解水、氯堿工業等領域。可否知道中科科創PEM電解水用的德國膜
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