氫氣比重小、擴(kuò)散快，其導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的８.4倍，因此常被用作發(fā)電機(jī)組的冷卻劑，可以大幅降低風(fēng)摩擦損耗，對(duì)于1ＧＷ的發(fā)電機(jī)組，氫氣純度每提高1％，可以節(jié)約22８ｋＷ的能源。與ALK技術(shù)對(duì)比，PEM水電解制氫技術(shù)啟停速度快、負(fù)荷波動(dòng)范圍廣、產(chǎn)氫壓力高，尤其適合利用可再生能源電力（尤其是離網(wǎng)電力）制氫，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模水電解制氫應(yīng)用較有效的方式之一。此外，氫健康它還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電、水電、光伏電等電力能源的調(diào)峰運(yùn)行和對(duì)棄電資源的充分利用，因而成為大規(guī)模、高效儲(chǔ)能的重要方式之一。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。河北鈞希膜公司

SOEC制氫技術(shù)由于固體氧化物的壽命和制氫規(guī)模的限制，暫時(shí)未達(dá)到工業(yè)應(yīng)用程度，但其制氫效率高，未來具有穩(wěn)定連續(xù)大規(guī)模制氫的潛力；ALK技術(shù)具備成本低、產(chǎn)氫規(guī)模大、技術(shù)成熟度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用較廣的水電解制氫技術(shù)，氫健康但是存在負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度小、啟動(dòng)響應(yīng)慢、需要堿液處理過程等缺點(diǎn)，特別不適合可再生能源電力波動(dòng)性的特點(diǎn)，只能從電網(wǎng)取電制氫。陰離子交換膜（AEM）水電解、堿性水電解（ALK）以及高溫固體氧化物（SOEC）水電解等4種水電解制氫技術(shù)的性能對(duì)比。可知：在各種水電解制氫技術(shù)中，AEM技術(shù)成熟度低，目前還無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，但是由于其不使用貴金屬催化劑，同時(shí)兼具PEM和ALK制氫的優(yōu)點(diǎn)，未來將會(huì)成為取代PEM制氫的替代技術(shù)。電解水膜制氫方法目前PEM水電解制氫技術(shù)已在加氫站現(xiàn)場(chǎng)制氫、儲(chǔ)能等領(lǐng)域得到示范應(yīng)用并逐步推廣。

相比PEM水電解，AEM水電解選用固體聚合物陰離子交換膜作為隔膜材料，膜電極催化劑、雙極板材料可選性更寬廣，未來突破陰離子交換膜和高活性非貴金屬催化劑等關(guān)鍵材料有望明顯降低電解槽制造成本。應(yīng)用推廣方面，當(dāng)下電力系統(tǒng)中波動(dòng)性可再生能源份額不斷上升，氫健康未來幾十年這一趨勢(shì)仍將延續(xù)。可再生能源制氫是單獨(dú)綠色低碳制氫方式，不但能提高電網(wǎng)靈活性，而且氫健康可遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和分配可再生能源，支持可再生能源更大規(guī)模的發(fā)展。作為媒介氫氣促進(jìn)可再生能源時(shí)空再分布，助力電力系統(tǒng)與難以深度脫碳的工業(yè)、建筑和交通運(yùn)輸部門建立起產(chǎn)業(yè)聯(lián)系，不斷豐富氫氣的應(yīng)用場(chǎng)景。這也為PEM水電解制氫技術(shù)帶來巨大的發(fā)展空間。

作為水電解槽膜電極的中心部件，質(zhì)子交換膜電解水電解水不但傳導(dǎo)質(zhì)子，隔離氫氣和氧氣，而且還為催化劑提供支撐，其性能的好壞直接決定水電解槽的性能和使用壽命。長期被國外少數(shù)廠家壟斷，質(zhì)子交換膜電解水電解水價(jià)格高達(dá)幾百~幾千美元/m2。為降低膜成本，提高膜性能，國內(nèi)外重點(diǎn)攻關(guān)改性全氟磺酸質(zhì)子交換膜電解水電解水、有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合質(zhì)子交換膜電解水電解水和無氟質(zhì)子交換膜電解水電解水。氫健康全氟磺酸膜改性研究聚焦聚合物改性、膜表面刻蝕改性以及膜表面貴金屬催化劑沉積3種途徑。通過引入無機(jī)組分制備有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合質(zhì)子交換膜電解水電解水，使其兼具有機(jī)膜柔韌性和無機(jī)膜良好熱性能、化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能，成為近幾年的研究熱點(diǎn)。CCM法催化劑利用率更高，大幅降低膜與催化層間的質(zhì)子傳遞阻力，是膜電極制備的主流方法。

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。不同催化材料的陽極過電勢(shì)通常為200～500ｍＶ。在高電位、氧化、酸性環(huán)境下，PEM電解槽對(duì)陽極催化劑材料的要求極為苛刻，氫健康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，氫健康金屬活性由高到低的順序?yàn)椋希螅荆遥酰荆桑颍荆校簦荆粒酰坏珡慕饘俜€(wěn)定性角度來講，其穩(wěn)定性由高到低的順序?yàn)椋粒酰荆校簦荆桑颍荆遥酰荆希蟆EM電解槽對(duì)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。江蘇電解制氫膜工藝

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(diǎn)區(qū)域。河北鈞希膜公司

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(zhì)材料，工作溫度800~1000℃，制氫過程電化學(xué)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，氫健康陽極材料選用鈣鈦礦氧化物，電解質(zhì)采用YSZ氧離子導(dǎo)體，全陶瓷材料結(jié)構(gòu)避免了材料腐蝕問題。高溫高濕的工作環(huán)境使電解槽選擇穩(wěn)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(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的選擇與大規(guī)模推廣。PEM水電解制氫技術(shù)具備快速啟停優(yōu)勢(shì)，能匹配可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性，逐步成為P2G制氫主流技術(shù)。河北鈞希膜公司

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