上海碱性电解水膜制取

氢健康析氧反应（OER）在水分解，CO2还原和可再生电燃料电池等各种电化学系统的阳极反应中起着关键作用。质子交换膜电解水水电解槽（PEMWE）技术由于运行电流密度更大，产生氢气纯度更高，可利用间歇性可再生能源等优势吸引了普遍的研究及应用.OER动力学迟缓、贵金属电极材料的有限选择和催化剂在强氧化强酸性介质中的降解，以及PEMWE各组件选择是PEMWE技术普遍应用的主要瓶颈。因此，从根本上了解反应机理，催化剂失活原因，周到总结OER催化剂以及目前在PEMWE实际应用的现状对于开发具有更好性能，更低成本PEMWE阳极催化剂，推动相关电化学系统的商业化长期稳定性具有重要意义。SOEC电解槽电极采用非贵金属催化，阴极材料选用多孔金属陶瓷Ni/YSZ，阳极材料选用钙钛矿氧化物。上海碱性电解水膜制取

现阶段，CO2捕集、封存技术（CCS）和CO2捕集、利用、封存技术（CCUS）因成本过高，暂时不具备经济性。而为了实现“碳达峰”和“碳中和”目标，未来以化石能源制氢的方式势必要受到限制或部分被清洁制氢方式取代。氢健康随着可再生能源发电装机容量不断上升、比例不断增加、可再生能源电力价格不断下降；同时，结合碳税、碳交易等利好政策，水电解制氢的经济性将明显提高；而且，利用可再生能源电力的水电解制氢具备几乎碳零排放的优势，因此在各种制氢方式中，水电解制氢的占比将大幅提升，成为实现“双碳”目标的重要抓手。江苏AEM膜制作系统PEM电解槽的电催化剂研究主要是Ir、Ru等贵金属/氧化物及其二元、三元合金/混合氧化物。

除了降低催化剂贵金属载量，提高催化剂活性和稳定性外，膜电极制备工艺对降低电解系统成本，提高电解槽性能和寿命至关重要。根据催化层支撑体的不同，膜电极制备方法分为CCS法和CCM法。CCS法将催化剂活性组分直接涂覆在气体扩散层，而CCM法则将催化剂活性组分直接涂覆在质子交换膜两侧，这是2种制作工艺较大的区别。与CCS法相比，CCM法催化剂利用率更高，大幅降低膜与催化层间的质子传递阻力，氢健康是膜电极制备的主流方法。氢健康在CCS法和CCM法基础上，近年来新发展起来的电化学沉积法、超声喷涂法以及转印法成为研究热点并具备应用潜力。新制备方法从多方向、多角度改进膜电极结构，克服传统方法制备膜电极存在的催化层催化剂颗粒随机堆放，气体扩散层孔隙分布杂乱等结构缺陷，改善膜电极三相界面的传质能力，提高贵金属利用率，提升膜电极的电化学性能。

质子交换膜水电解器(PEMWE)技术在可再生能源的电催化制氢方面受到关注。它具有立即响应、更高的质子电导率、更低的欧姆损耗和气体交叉率的优点。借助创新的实验方法和先进的表征技术，氢健康在揭示酸性介质中动态OER的复杂性和开发高效稳定的电催化剂方面取得了重要成果。本综述重点介绍了在酸性介质中开发OER电催化剂的反应和降解机制以及较新进展。此外，还在设备层面讨论了PEM水电解的进展。然而，所开发的催化剂及相关装置的性能与工业应用仍有一定差距。通过提升催化剂、膜电极技术，以及电解槽整体技术，大幅度降低Ir的用量。

在市场化进程方面，碱水电解（AWE）作为较为成熟的电解技术占据着主导地位，尤其是一些大型项目的应用。AWE采用氢氧化钾（KOH）水溶液为电解质，以石棉为隔膜，分离水产生氢气和氧气，效率通常在70%~80%。氢健康一方面，AWE在碱性条件下可使用非贵金属电催化剂（如Ni、CO、Mn等），因而电解槽中的催化剂造价较低，但产气中含碱液、水蒸气等，需经辅助设备除去；另一方面，AWE难以快速启动或变载、无法快速调节制氢的速度，因而与可再生能源发电的适配性较差。在市场化进程方面，碱水电解（AWE）作为较为成熟的电解技术占据着主导地位，尤其是一些大型项目的应用。山东分子制氢膜市场前景

按照目前用量水平来计算，1ＧＷ级PEM电解槽的Ir用量为500千克。上海碱性电解水膜制取

与碱性水电解制氢相比，PEM水电解制氢工作电流密度更高（˃1A/cm2），总体效率更高（74%~87%），氢气体积分数更高（>99.99%），产气压力更高（3~4MPa），动态响应速度更快，能适应可再生能源发电的波动性，被认为是极具发展前景的水电解制氢技术。目前PEM水电解制氢技术已在加氢站现场制氢、风电等可再生能源电解水制氢、储能等领域得到示范应用并逐步推广。过去5年电解槽成本已下降了40%，但是投资和运行成本高仍然是PEM水电解制氢亟待解决的主要问题，这与目前析氧、析氢电催化剂只能选用贵金属材料密切相关。氢健康为此降低催化剂与电解槽的材料成本，特别是阴、阳极电催化剂的贵金属载量，提高电解槽的效率和寿命，是PEM水电解制氢技术发展的研究重点。上海碱性电解水膜制取

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