Ir資源儲量能否支撐整個PEM水電解制氫技術的未來發展,成為業內普遍關注的焦點,國外機構對此進行了相關研究預測。按照目前用量水平來計算,膜電極上的Ir用量為2mg/cm2,而膜電極典型運行參數為4W/cm2,因而1GW級PEM電解槽的Ir用量為500kg。雖然Ir陽極催化劑成本在整個電解槽成本中占比不大,但若未來PEM水電解制氫技術大規模普及,其需求量會大幅度上升。目前,全世界Ir產量少于9t?a,因此氫健康在PEM水電解技術大規模應用后,陽極催化劑的成本占比會逐漸提升。過去5年電解槽成本已下降了40%,這與目前析氧、析氫電催化劑只能選用貴金屬材料密切相關。Fumatech膜生產企業
質子交換膜電解水可普遍應用于燃料電池、電解水、氯堿工業等領域。PEM燃料電池及電解水發展迅速,國內外市場都呈現出較快的需求增長和廣闊的發展前景。從2011年到2019年,PEM燃料電池出貨量占比從44.9%進一步提升至82.7%,氫健康可見,全球PEM燃料電池出貨量高速增長。依據中國氫能聯盟對未來燃料電池系統成本的預測以及美國能源部披露的成本結構,綜合測算,燃料電池應用領域每年為質子交換膜電解水帶來的市場增量將持續增長,到2025年、2035年和2050年將分別為9.80億、49.01億和67.39億,非常可觀。Fumatech膜生產企業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、制氫成本。
現階段,CO2捕集、封存技術(CCS)和CO2捕集、利用、封存技術(CCUS)因成本過高,暫時不具備經濟性。而為了實現“碳達峰”和“碳中和”目標,未來以化石能源制氫的方式勢必要受到限制或部分被清潔制氫方式取代。氫健康隨著可再生能源發電裝機容量不斷上升、比例不斷增加、可再生能源電力價格不斷下降;同時,結合碳稅、碳交易等利好政策,水電解制氫的經濟性將明顯提高;而且,利用可再生能源電力的水電解制氫具備幾乎碳零排放的優勢,因此在各種制氫方式中,水電解制氫的占比將大幅提升,成為實現“雙碳”目標的重要抓手。
目前,全世界的氫主要消費方向以石油煉制、化工原料為主。根據中國氫能聯盟研究院發布的數據,當單位制氫的碳排放(CO2)不高于4.9kg?kg時,制備的氫氣才是清潔的煤制氫的碳排放強度接近風電、水電制氫的20倍,天然氣制氫的碳排放強度也很高,兩種方式制氫的碳排放均遠超清潔制氫的碳排放標準;而以可再生資源發電,進行水電解制氫則能夠滿足清潔氫氣的碳排放標準。需要強調的是,采用水電解制氫時,只有利用可再生能源電力制取的氫氣才滿足低碳排放的標準;而利用不可再生能源電力制取的氫氣,從全生命周期來看,同樣存在碳排放量大的問題。因此,氫健康水電解制氫是否屬于清潔氫,要根據電網電力的種類來判斷。現階段,氫氣主要用作工業原料,但在發電、供熱、交通燃料等領域有巨大發展潛力。隨著可再生能源發電比例和規模不斷提升,間歇性電力“削峰填谷”的儲能作用將得到普遍體現。降低催化劑與電解槽的材料成本,是PEM水電解制氫技術發展的研究重點。
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,氫健康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。在CCS法和CCM法基礎上,電化學沉積法、超聲噴涂法以及轉印法成為研究熱點并具備應用潛力。Fumatech膜生產企業
氫能的應用除了可以減少碳排放、助力碳達峰,還可以通過氫與二氧化碳反應制成有機化學品,實現碳中和。Fumatech膜生產企業
膜電極中析氫、析氧電催化劑對整個水電解制氫反應十分重要。理想電催化劑應具有抗腐蝕性、良好的比表面積、氣孔率、催化活性、電子導電性、電化學穩定性以及成本低廉、環境友好等特征。陰極析氫電催化劑處于強酸性工作環境,易發生腐蝕、團聚、流失等問題,為保證電解槽性能和壽命,析氫催化劑材料選擇耐腐蝕的Pt、Pd貴金屬及其合金為主。現有商業化析氫催化劑Pt載量為0.4~0.6mg/cm2,貴金屬材料成本高,阻礙PEM水電解制氫技術快速推廣應用。為此降低貴金屬Pt、Pd載量,開發適應酸性環境的非貴金屬析氫催化劑成為研究熱點。Fumatech膜生產企業
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