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。通过引入无机组分制备有机纳米质子交换膜,使其兼具有机膜柔韧性和无机膜良好热性能成为近几年的研究热点。怎样知道ITM如何规划质子交换膜电堆
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。可否知道阳光氢能如何规划质子交换膜电堆降低催化剂与电解槽的材料成本,是PEM水电解制氢技术发展的研究重点。
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。
氢健康氢利用的途径主要是燃料电池移动动力、分布式电站、化工加氢,新兴发展的是氢燃料汽轮机、氢气冶金等。氢能的利用需要从制氢开始,由于氢气在自然界极少以单质形式存在,需要通过工业过程制取。氢气的来源分为工业副产氢、化石燃料制氢、电解水制氢等途径,差别在于原料的再生性、CO2排放、制氢成本。目前,世界上超过95%的氢气制取来源于化石燃料重整,生产过程必然排放CO2;约4%~5%的氢气来源于电解水,生产过程没有CO2排放。制氢过程按照碳排放强度分为灰氢(煤制氢)、蓝氢(天然气制氢)、绿氢(电解水制氢、可再生能源)。氢能产业发展初衷是零碳或低碳排放,因此灰氢、蓝氢将会逐渐被基于可再生能源的绿氢所替代,绿氢是未来能源产业的发展方向。在技术层面,电解水制氢主要分为AWE、PEM水电解,固体聚合物阴离子交换膜(AEM)水电解。
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。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。可否知道阳光氢能如何规划质子交换膜电堆
现阶段,CO2捕集、封存技术(CCS)和CO2捕集、利用、封存技术因成本过高,暂时不具备经济性。怎样知道ITM如何规划质子交换膜电堆
碱性水电解制氢氢健康电解槽隔膜主要由石棉组成,起分离气体的作用。阴极、阳极主要由金属合金组成,如Ni-Mo合金等,分解水产生氢气和氧气。工业上碱性水电解槽的电解液通常采用KOH溶液,质量分数20%~30%,电解槽操作温度70~80℃,工作电流密度约0.25A/cm2,产生气体压力0.1~3.0MPa,总体效率62%~82%。碱性水电解制氢技术成熟,投资、运行成本低,但存在碱液流失、腐蚀、能耗高等问题。水电解槽制氢设备开发是国内外碱性水电解制氢研究热点。可再生能源加速发展使得大规模消纳可再生能源成为突出问题。怎样知道ITM如何规划质子交换膜电堆
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