在技術層面,電解水制氫主要分為AWE、PEM水電解,固體聚合物陰離子交換膜(AEM)水電解、固體氧化物(SOE)水電解。其中,AWE是較早工業化的水電解技術,已有數十年的應用經驗,較為成熟;PEM電解水技術近年來產業化發展迅速,SOE水電解技術處于初步示范階段,而AEM水電解研究剛起步。氫健康從時間尺度上看,AWE技術在解決近期可再生能源的消納方面易于快速部署和應用;但從技術角度看,PEM電解水技術的電流密度高、電解槽體積小、運行靈活、利于快速變載,與風電、光伏(發電的波動性和隨機性較大)具有良好的匹配性。隨著PEM電解槽的推廣應用,其成本有望快速下降,必然是未來5~10a的發展趨勢。SOE、AEM水電解的發展則取決于相關材料技術的突破情況。固體氧化物電解水制氫采用固體氧化物為電解質材料,適合在高溫環境下運作,能效更高,但處于初期示范階段。可否知道賽克賽斯怎樣測試質子交換膜
氫能在能源供給側和消費終端轉型發展中可以發揮重要作用。在能源供給側,氫能可以消納可再生能源電力,實現能量在時間上的存儲和空間上的轉移。相對于其他儲能方式,氫能具備規模優勢;在能源消費終端,氫健康氫能可以實現零排放、零污染,減少碳排放。2020年9月,在第七十五屆大會一般性辯論上,中國提出力爭2030年實現碳達峰、2060年實現碳中和的目標。在實現目標的過程中,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。可否知道考特利爾用德國哪家的質子交換膜借助先進表征技術發展在揭示酸介質中動態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就。
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材料,工作溫度800~1000℃,制氫過程電化學性能明顯提升,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,電解質采用YSZ氧離子導體,全陶瓷材料結構避免了材料腐蝕問題。高溫高濕的工作環境使電解槽選擇穩定性高、持久性好、耐衰減的材料受到限制,也制約SOEC制氫技術應用場景的選擇與大規模推廣。PEM水電解制氫技術具備快速啟停優勢,能匹配可再生能源發電的波動性,逐步成為P2G制氫主流技術。
水電解槽制氫設備開發是國內外堿性水電解制氫研究熱點。可再生能源加速發展使得大規模消納可再生能源成為突出問題。堿性水電解制氫電解槽隔膜主要由石棉組成,起分離氣體的作用。陰極、陽極主要由金屬合金組成,如Ni-Mo合金等,分解水產生氫氣和氧氣。氫健康工業上堿性水電解槽的電解液通常采用KOH溶液,質量分數20%~30%,電解槽操作溫度70~80℃,工作電流密度約0.25A/cm2,產生氣體壓力0.1~3.0MPa,總體效率62%~82%。堿性水電解制氫技術成熟,投資、運行成本低,但存在堿液流失、腐蝕、能耗高等問題。貴金屬材料成本高,阻礙PEM水電解制氫技術快速推廣應用。
在技術層面,電解水制氫技術可分為堿性電解水制氫(ALK)、質子交換膜電解水電解水制氫(PEM)、固體氧化物電解水制氫(SOE)和陰離子交換膜電解水制氫(AEM)。其中,堿性電解水技術較為成熟,造價成本也較低;但是氫健康與可再生能源適配性較差。其中,堿性電解水技術較為成熟,但無法快速調節制氫速度,與可再生能源適配性較差。固體氧化物電解水制氫(SOE)采用固體氧化物為電解質材料,適合在高溫環境下運作,能效更高,但處于初期示范階段。陰離子交換膜電解水制氫(AEM)以陰離子交換膜作為電解質隔膜,目前仍處于實驗室階段。PEM電解水技術具有獨特優勢。無污染、無腐蝕;擁有更高的質子傳導性,提升電解效率;同時有更寬的負載范圍和更短的響應啟動時間,與水電、風電、光伏(發電的波動性和隨機性較大)具有良好的匹配性,較適合未來能源結構的發展。通過提升催化劑、膜電極技術,以及電解槽整體技術,大幅度降低Ir的用量。哪里可知寶雞長信如何規劃質子交換膜電堆
除了提高催化劑活性和穩定性外,膜電極制備工藝對降低電解系統成本,提高電解槽性能和壽命至關重要。可否知道賽克賽斯怎樣測試質子交換膜
在未來前20年中因Ir使用壽命及裝置未到報廢時限等因素,PEM水電解裝置中Ir資源回收利用還沒有得到有效實施,因此對新Ir資源需求總量增長較快,到2045年Ir的需求量達到約1.5t?a,小于Ir的產量,因而供給可以滿足需求。在2045—2070年,新增PEM水電解裝置裝機容量不斷加大,同時Ir資源的回收利用量也不斷加大。由于Ir資源的回收利用,氫健康Ir資源的累計需求增長率增長幅度不斷減小,到2070年Ir的需求量為2t左右,增幅不大。因此,按照目前Ir的年產量,未來50年Ir供給可以滿足使用需求。可否知道賽克賽斯怎樣測試質子交換膜
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