不同催化材料的陽(yáng)極過(guò)電勢(shì)通常為200~500mV。在高電位、氧化、酸性環(huán)境下氫健康,PEM電解槽對(duì)陽(yáng)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。通常,活性越高的金屬,其在水電解過(guò)程中越容易溶解,穩(wěn)定性越差。例如:從金屬活性角度來(lái)講,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?;但從金屬穩(wěn)定性角度來(lái)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>C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(yáng)極催化劑以銥黑以及IrO2等為主。按照目前用量水平來(lái)計(jì)算,1GW級(jí)PEM電解槽的Ir用量為500千克。河北離子膜生產(chǎn)企業(yè)
分析氧反應(yīng)(OER)在水分解,CO2還原和可再生電燃料電池等各種電化學(xué)系統(tǒng)的陽(yáng)極反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。質(zhì)子交換膜水電解槽(PEMWE)技術(shù)由于運(yùn)行電流密度更大,產(chǎn)生氫氣純度更高,可利用間歇性可再生能源等優(yōu)勢(shì)吸引了普遍的研究及應(yīng)用.OER動(dòng)力學(xué)遲緩、貴金屬電極材料的有限選擇和催化劑在強(qiáng)氧化強(qiáng)酸性介質(zhì)中的降解,以及PEMWE各組件選擇是PEMWE技術(shù)普遍應(yīng)用的主要瓶頸。氫健康因此,從根本上了解反應(yīng)機(jī)理,催化劑失活原因,周到總結(jié)OER催化劑以及目前在PEMWE實(shí)際應(yīng)用的現(xiàn)狀對(duì)于開(kāi)發(fā)具有更好性能,更低成本PEMWE陽(yáng)極催化劑,推動(dòng)相關(guān)電化學(xué)系統(tǒng)的商業(yè)化長(zhǎng)期穩(wěn)定性具有重要意義。山東燃料電池膜產(chǎn)業(yè)鏈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。
在技術(shù)層面,電解水制氫技術(shù)可分為堿性電解水制氫(ALK)、質(zhì)子交換膜電解水制氫(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(shù)較為成熟,造價(jià)成本也較低;但是與可再生能源適配性較差。氫健康其中,堿性電解水技術(shù)較為成熟,但無(wú)法快速調(diào)節(jié)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(zhì)材料,適合在高溫環(huán)境下運(yùn)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(zhì)隔膜,目前仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。PEM電解水技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。無(wú)污染、無(wú)腐蝕;擁有更高的質(zhì)子傳導(dǎo)性,提升電解效率;同時(shí)有更寬的負(fù)載范圍和更短的響應(yīng)啟動(dòng)時(shí)間,與水電、風(fēng)電、光伏(發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性較大)具有良好的匹配性,較適合未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展。
質(zhì)子交換膜水電解器(PEMWE)技術(shù)在可再生能源的電催化制氫方面受到關(guān)注。它具有立即響應(yīng)、更高的質(zhì)子電導(dǎo)率、更低的歐姆損耗和氣體交叉率的優(yōu)點(diǎn)。借助創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法和先進(jìn)的表征技術(shù),氫健康在揭示酸性介質(zhì)中動(dòng)態(tài)OER的復(fù)雜性和開(kāi)發(fā)高效穩(wěn)定的電催化劑方面取得了重要成果。本綜述重點(diǎn)介紹了在酸性介質(zhì)中開(kāi)發(fā)OER電催化劑的反應(yīng)和降解機(jī)制以及較新進(jìn)展。此外,還在設(shè)備層面討論了PEM水電解的進(jìn)展。然而,所開(kāi)發(fā)的催化劑及相關(guān)裝置的性能與工業(yè)應(yīng)用仍有一定差距?;覛?、藍(lán)氫將會(huì)逐漸被基于可再生能源的綠氫所替代,綠氫是未來(lái)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。
吸附氧化機(jī)理(AEM)和晶格氧反應(yīng)機(jī)理(LOM)是在酸性介質(zhì)中被認(rèn)為較合理的兩種機(jī)理。催化劑通過(guò)哪一機(jī)理發(fā)生催化反應(yīng),選擇單位點(diǎn)還是雙位點(diǎn)途徑和材料本身的電子結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系,結(jié)晶度好的氧化物幾乎沒(méi)有缺陷,傾向于采用AEM,在單個(gè)活性金屬位點(diǎn)上通過(guò)*OOH中間體,即所謂的酸堿途徑,或者在兩個(gè)相鄰的金屬位點(diǎn)上,氫健康通過(guò)*O中間體,即O-O直接耦合途徑.而在具有豐富氧空位的無(wú)定形金屬氧化物和一些具有高金屬氧共價(jià)的鈣鈦礦中,晶格氧機(jī)理發(fā)生在遭受水親核攻擊的單個(gè)活性氧位點(diǎn)或通過(guò)兩個(gè)相鄰反應(yīng)晶格氧原子的直接耦合,產(chǎn)生的氧空位將被水分子或大量氧原子補(bǔ)充,同時(shí)由此產(chǎn)生的不飽和金屬位點(diǎn)更容易溶解,帶來(lái)催化劑穩(wěn)定性問(wèn)題。為提高膜性能,國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)攻關(guān)改性全氟磺酸質(zhì)子交換膜、納米復(fù)合質(zhì)子交換膜和無(wú)氟質(zhì)子交換膜。山東燃料電池膜產(chǎn)業(yè)鏈
貴金屬材料成本高,阻礙PEM水電解制氫技術(shù)快速推廣應(yīng)用。河北離子膜生產(chǎn)企業(yè)
在未來(lái)前20年中因Ir使用壽命及裝置未到報(bào)廢時(shí)限等因素,PEM水電解裝置中Ir資源回收利用還沒(méi)有得到有效實(shí)施,因此對(duì)新Ir資源需求總量增長(zhǎng)較快,到2045年Ir的需求量達(dá)到約1.5t?a,小于Ir的產(chǎn)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(jī)容量不斷加大,同時(shí)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(jì)需求增長(zhǎng)率增長(zhǎng)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(chǎn)量,未來(lái)50年Ir供給可以滿足使用需求。河北離子膜生產(chǎn)企業(yè)
蘇州鈞希新能源科技有限公司主要經(jīng)營(yíng)范圍是能源,擁有一支專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)和良好的市場(chǎng)口碑。公司自成立以來(lái),以質(zhì)量為發(fā)展,讓匠心彌散在每個(gè)細(xì)節(jié),公司旗下電解水膜,質(zhì)子交換膜,陰離子交換膜,氫健康產(chǎn)品深受客戶的喜愛(ài)。公司從事能源多年,有著創(chuàng)新的設(shè)計(jì)、強(qiáng)大的技術(shù),還有一批專業(yè)化的隊(duì)伍,確保為客戶提供良好的產(chǎn)品及服務(wù)。蘇州鈞希憑借創(chuàng)新的產(chǎn)品、專業(yè)的服務(wù)、眾多的成功案例積累起來(lái)的聲譽(yù)和口碑,讓企業(yè)發(fā)展再上新高。