質子交換膜(PEM)在氫燃料電池、電解水制氫氣等領域中所交換的陽離子為質子,氫健康又被稱為離子膜。質子交換膜處于有機氟化工產業鏈末端,其上游是有機氟化工的單體材料,下游是基于質子交換膜的氯堿工業、燃料電池、電解水、儲能電池等應用領域。目前產業化應用的均為全氟質子交換膜,質子交換膜使用的是全氟磺酸樹脂,離子膜使用全氟磺酸樹脂、全氟羧酸樹脂的復合膜。全氟磺酸樹脂具有強酸性,全氟羧酸樹脂具有弱酸性,更能夠適應氯堿工業中的堿性環境。盡管目前全氟磺酸PEM應用較普遍,但仍存在成本較高、尺寸穩定性較差、溫度升高會降低質子傳導性的缺點。按照目前用量水平來計算,1GW級PEM電解槽的Ir用量為500千克。山東離子交換膜公司
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??稍偕茉醇铀侔l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。江蘇PEM膜市場前景PEM水電解槽采用PEM傳導質子,隔絕電極兩側的氣體,避免AWE使用強堿性液體電解質所伴生的缺點。
我國將氫能氫健康作為戰略能源技術,給予持續的政策支持,推動產業化進程。在政策、資金等多因素疊加催化下,近幾年國內加氫站等基礎設施、產業鏈關鍵技術與裝備得到發展,形成長三角、珠三角、京津冀等氫能產業熱點區域。水電解制氫是指水分子在直流電作用下被解離生成氧氣和氫氣,分別從電解槽陽極和陰極析出。根據電解槽隔膜材料的不同,通常將水電解制氫分為堿性水電解(AE)、質子交換膜(PEM)水電解以及高溫固體氧化物水電解(SOEC)。目前SOEC制氫技術仍處于實驗階段。
隨著日益增長的低碳減排需求,氫的綠色制取技術受到普遍重視,利用可再生能源進行電解水制氫是目前眾多氫氣來源方案中碳排放較低的工藝。本文梳理了氫能需求和規劃的進展、電解水制氫的示范項目情況,重點分析了電解水制氫技術,涵蓋技術分類、堿水制氫應用、質子交換膜(PEM)電解水制氫。研究認為,提升電催化劑活性、提高膜電極中催化劑的利用率、改善雙極板表面處理工藝、優化電解槽結構,有助于提高PEM電解槽的性能并降低設備成本;PEM電解水制氫技術的運行電流密度高、能耗低、產氫壓力高,適應可再生能源發電的波動性特征、易于與可再生能源消納相結合,是電解水制氫的適宜方案。氫健康結合氫儲運與電解制氫的技術特征研判、我國輸氫需求,提出發展建議:利用西北、西南、東北等區域豐富的可再生能源,通過電解水制氫產生高壓氫。通常陽極反應過電勢遠遠高于陰極反應過電勢。
為了加快PEMWE的發展,深入理解電極反應的動態過程,理論計算和實驗的結合,對具有實際應用前景的催化劑的進一步發展,催化劑性能的評價準則,對實驗室基礎研究中水系模型和實際操作差異的理解,集成膜電極組件的開發需要更多的研究。氫健康PEMWE的組裝方法,實際運行條件,包括離聚物,膜,氣體擴散層,極板,催化劑層在內的各個組分都是影響PEMWE性能的關鍵參數.對各個組分的發展和應用現狀進行綜述,同時對有實際應用前景的催化劑進行分析,包括負載型催化劑,銥/釕為主體的摻雜型催化劑。借助創新實驗方法和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。但所開發的催化劑及相關器件的性能與工業應用之間仍存在一定的差距。利用西北、西南、東北等區域豐富的可再生能源,通過電解水制氫產生高壓氫。廣東陰離子交換膜生產企業
根據電解槽隔膜材料的不同,通常將水電解制氫分為堿性水電解以及高溫固體氧化物水電解(SOEC)。山東離子交換膜公司
氫燃料電池車被視為新能源汽車的下一個風口。質子交換膜電解水作為氫燃料電池中心部件,其質量好壞直接影響電池的使用壽命。從價值量看,氫能源燃料電池中成本占比較高的自然是燃料電池電堆,其次是儲氣瓶,而在燃料電池堆中,有個關鍵材料,那就是質子交換膜電解水,且成本占到了28%,從整體看,質子交換膜電解水成本約占燃料電池總成本的4.08%,幾乎決定了燃料電池的成本。氫健康質子交換膜電解水上游主要包括基礎材料和過程材料兩個部分:基礎材料即螢石,利用上游原材料制備可用于后續加工的各類全氟、非全氟以及特種樹脂。下游應用方面,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。山東離子交換膜公司
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