河北杜邦膜替代膜制氢方法

PEM水电解制氢已步入商业化早期，制约技术大规模发展的瓶颈在于膜电极选用被少数厂家垄断的质子交换膜，阴、阳极催化剂材料需采用贵金属以及电解能耗仍然偏高。解决上述难题是PEM水电解制氢技术进一步发展与推广的关键。为此发展新型水电解技术成为新趋势，基于融合碱性水电解和PEM水电解各自优势的研究思路，采用碱性固体电解质替代PEM的碱性固体阴离子交换膜（AEM）水电解制氢技术成为新方向。另外选用聚芳醚酮和聚砜等廉价材料制备无氟质子交换膜，也是质子交换膜的发展趋势。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。河北杜邦膜替代膜制氢方法

PEM水电解制得的氢气纯度高氢健康，而且其制氢负荷可以实现在0～1之间智能连续自动化控制，因而PEM水电解制氢逐步取代了传统的碱水制氢和氢气瓶组等方式。由于氢气可以大规模长时间存储，相对于其他储能方式，在时间尺度和规模尺度上均有明显优势；结合可再生能源电力的波动性，可以充分发挥氢气的储能优点，并实现大规模低成本制氢。在PEM水电解过程中，电解槽阳极的析氧反应是该过程的速控步骤。阳极反应过电势与阴极反应过电势的大小，是水电解制氢效率高低的主要影响因素之一，通常阳极反应过电势远远高于阴极反应过电势。上海膜供应商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。

在市场化进程方面，碱水电解（AWE）作为较为成熟的电解技术占据着主导地位，尤其是一些大型项目的应用。AWE采用氢氧化钾（KOH）水溶液为电解质，以石棉为隔膜，分离水产生氢气和氧气，效率通常在70%~80%。氢健康一方面，AWE在碱性条件下可使用非贵金属电催化剂（如Ni、CO、Mn等），因而电解槽中的催化剂造价较低，但产气中含碱液、水蒸气等，需经辅助设备除去；另一方面，AWE难以快速启动或变载、无法快速调节制氢的速度，因而与可再生能源发电的适配性较差。

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。需要强调的是，采用水电解制氢时，只有利用可再生能源电力制取的氢气才满足低碳排放的标准。

随着可再生能源发电装机容量不断上升、比例不断增加、可再生能源电力价格不断下降；同时，结合碳税、碳交易等利好政策，水电解制氢的经济性将明显提高；而且，利用可再生能源电力的水电解制氢具备几乎碳零排放的优势，因此在各种制氢方式中，氢健康水电解制氢的占比将大幅提升，成为实现“双碳”目标的重要抓手。现阶段，CO2捕集、封存技术（CCS）和CO2捕集、利用、封存技术（CCUS）因成本过高，暂时不具备经济性。而为了实现“碳达峰”和“碳中和”目标，未来以化石能源制氢的方式势必要受到限制或部分被清洁制氢方式取代。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。上海膜技术

为提高膜性能，国内外重点攻关改性全氟磺酸质子交换膜、纳米复合质子交换膜和无氟质子交换膜。河北杜邦膜替代膜制氢方法

PEM水电解槽采用PEM传导质子，隔绝电极两侧的气体，避免AWE使用强碱性液体电解质所伴生的缺点。PEM水电解槽以PEM为电解质，以纯水为反应物，加之PEM的氢气渗透率较低，产生的氢气纯度高，但需脱除水蒸气；电解槽采用零间距结构，欧姆电阻较低，明显提高电解过程的整体效率，且体积更为紧凑；压力调控范围大，氢气输出压力可达数兆帕，适应快速变化的可再生能源电力输入。氢健康因此，PEM电解水制氢是极具发展前景的绿色制氢技术路径。由于PEM电解槽的阳极处于强酸性环境（pH≈2）、电解电压为1.4~2.0V，多数非贵金属会腐蚀并可能与PEM中的磺酸根离子结合，进而降低PEM传导质子的能力。PEM电解槽的电催化剂研究主要是Ir、Ru等贵金属/氧化物及其二元、三元合金/混合氧化物，以钛材料为载体的负载型催化剂。河北杜邦膜替代膜制氢方法

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