析氧反應(OER)在水分解,CO2還原和可再生電燃料電池等各種電化學系統的陽極反應中起著關鍵作用。質子交換膜水電解槽(PEMWE)技術由于運行電流密度更大,產生氫氣純度更高,可利用間歇性可再生能源等優勢吸引了普遍的研究及應用.OER動力學遲緩、貴金屬電極材料的有限選擇和催化劑在強氧化強酸性介質中的降解,以及PEMWE各組件選擇是PEMWE技術普遍應用的主要瓶頸。因此,從根本上了解反應機理,催化劑失活原因,周到總結OER催化劑以及目前在PEMWE實際應用的現狀對于開發具有更好性能,更低成本PEMWE陽極催化劑,推動相關電化學系統的商業化長期穩定性具有重要意義。只要催化劑相對穩定,PEM電解水系統中對性能影響大的一個因素就是膜。哪里可以買到Areva怎樣測試PEM電解水
作為水電解槽膜電極的中心部件,質子交換膜不但傳導質子,隔離氫氣和氧氣,而且還為催化劑提供支撐,其性能的好壞直接決定水電解槽的性能和使用壽命。長期被國外少數廠家壟斷,質子交換膜價格高達幾百~幾千美元/m2。為降低膜成本,提高膜性能,國內外重點攻關改性全氟磺酸質子交換膜、有機/無機納米復合質子交換膜和無氟質子交換膜。全氟磺酸膜改性研究聚焦聚合物改性、膜表面刻蝕改性以及膜表面貴金屬催化劑沉積3種途徑。通過引入無機組分制備有機/無機納米復合質子交換膜,使其兼具有機膜柔韌性和無機膜良好熱性能、化學穩定性和力學性能,成為近幾年的研究熱點。哪里可以查到大連化物所PEM電解水用的膜電極PEM電解水系統的占地面積小,尤其適合“海上風電”。
區別于堿性水電解制氫,PEM水電解制氫選用具有良好化學穩定性、質子傳導性、氣體分離性的全氟磺酸質子交換膜作為固體電解質替代石棉膜,能有效阻止電子傳遞,提高電解槽安全性。PEM水電解槽主要部件由內到外依次是質子交換膜、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端板等。其中擴散層、催化層與質子交換膜組成膜電極,是整個水電解槽物料傳輸以及電化學反應的主場所,膜電極特性與結構直接影響PEM水電解槽的性能和壽命。將可再生能源發電轉化為氫氣,可提高電力系統靈活性,正成為可再生能源發展和應用的重要方向。
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。可再生能源使用PEM電解水設備,因為其相應速度比較快。
氫氣比重小、擴散快,其導熱系數是空氣的8.4倍,因此常被用作發電機組的冷卻劑,可以大幅降低風摩擦損耗,對于1GW的發電機組,氫氣純度每提高1%,可以節約228kW的能源。與ALK技術對比,PEM水電解制氫技術啟停速度快、負荷波動范圍廣、產氫壓力高,尤其適合利用可再生能源電力(尤其是離網電力)制氫,是實現大規模水電解制氫應用較有效的方式之一。此外,它還可以實現對風電、水電、光伏電等電力能源的調峰運行和對棄電資源的充分利用,因而成為大規模、高效儲能的重要方式之一。尤其是在1kW以下的系統,PEM電解水的優勢明顯。哪里可以買到西門子的PEM電解水
PEM電解水電堆,膜的耐壓能力要強,需要大于30 bar。哪里可以買到Areva怎樣測試PEM電解水
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。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。哪里可以買到Areva怎樣測試PEM電解水
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