上海燃料电池膜制取

与ALK技术对比，氢健康PEM水电解制氢技术启停速度快、负荷波动范围广、产氢压力高，尤其适合利用可再生能源电力（尤其是离网电力）制氢，是实现大规模水电解制氢应用较有效的方式之一。此外，它还可以实现对风电、水电、光伏电等电力能源的调峰运行和对弃电资源的充分利用，因而成为大规模、高效储能的重要方式之一。氢气比重小、扩散快，其导热系数是空气的８.4倍，因此常被用作发电机组的冷却剂，可以大幅降低风摩擦损耗，对于1ＧＷ的发电机组，氢气纯度每提高1％，可以节约22８ｋＷ的能源。借助先进表征技术发展在揭示酸介质中动态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就。上海燃料电池膜制取

质子交换膜电解水可普遍应用于燃料电池、电解水、氯碱工业等领域。PEM燃料电池及电解水发展迅速，国内外市场都呈现出较快的需求增长和广阔的发展前景。从2011年到2019年，PEM燃料电池出货量占比从44.9%进一步提升至82.7%，氢健康可见，全球PEM燃料电池出货量高速增长。依据中国氢能联盟对未来燃料电池系统成本的预测以及美国能源部披露的成本结构，综合测算，燃料电池应用领域每年为质子交换膜电解水带来的市场增量将持续增长，到2025年、2035年和2050年将分别为9.80亿、49.01亿和67.39亿，非常可观。江苏碱性制氢膜供应商膜电极特性与结构直接影响PEM水电解槽的性能和寿命。

PEM水电解制氢技术具备快速启停优势，能匹配可再生能源发电的波动性，逐步成为P2G制氢主流技术。不同于碱性水电解和PEM水电解，高温固体氧化物水电解制氢采用固体氧化物为电解质材料，工作温度800~1000℃，制氢过程电化学性能明显提升，效率更高。氢健康SOEC电解槽电极采用非贵金属催化剂，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，电解质采用YSZ氧离子导体，全陶瓷材料结构避免了材料腐蚀问题。高温高湿的工作环境使电解槽选择稳定性高、持久性好、耐衰减的材料受到限制，也制约SOEC制氢技术应用场景的选择与大规模推广。

随着日益增长的低碳减排需求，氢的绿色制取技术受到普遍重视，利用可再生能源进行电解水制氢是目前众多氢气来源方案中碳排放较低的工艺。本文梳理了氢能需求和规划的进展、电解水制氢的示范项目情况，重点分析了电解水制氢技术，涵盖技术分类、碱水制氢应用、质子交换膜（PEM）电解水制氢。研究认为，提升电催化剂活性、提高膜电极中催化剂的利用率、改善双极板表面处理工艺、优化电解槽结构，有助于提高PEM电解槽的性能并降低设备成本；PEM电解水制氢技术的运行电流密度高、能耗低、产氢压力高，适应可再生能源发电的波动性特征、易于与可再生能源消纳相结合，是电解水制氢的适宜方案。氢健康结合氢储运与电解制氢的技术特征研判、我国输氢需求，提出发展建议：利用西北、西南、东北等区域丰富的可再生能源，通过电解水制氢产生高压氢。在PEM水电解技术大规模应用后，阳极催化剂的成本占比会逐渐提升。

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。理想电催化剂应具有抗腐蚀性、良好的比表面积、电子导电性、电化学稳定性以及成本低廉、环境友好等特征。广东阴离子交换膜项目公司

PEM燃料电池出货量占比从44.9%进一步提升至82.7%，可见，全球PEM燃料电池出货量高速增长。上海燃料电池膜制取

阴离子交换膜（AEM）水电解、碱性水电解（ALK）以及高温固体氧化物（SOEC）水电解等4种水电解制氢技术的性能对比。氢健康可知：在各种水电解制氢技术中，AEM技术成熟度低，目前还无法实现大规模应用，但是由于其不使用贵金属催化剂，同时兼具PEM和ALK制氢的优点，未来将会成为取代PEM制氢的替代技术；SOEC制氢技术由于固体氧化物的寿命和制氢规模的限制，暂时未达到工业应用程度，但其制氢效率高，未来具有稳定连续大规模制氢的潜力；ALK技术具备成本低、产氢规模大、技术成熟度高等优点，是目前应用较广的水电解制氢技术，但是存在负荷调节幅度小、启动响应慢、需要碱液处理过程等缺点，特别不适合可再生能源电力波动性的特点，只能从电网取电制氢。上海燃料电池膜制取

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