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。氢能的应用除了可以减少碳排放、助力碳达峰,还可以通过氢与二氧化碳反应制成有机化学品,实现碳中和。钧希膜
氢能在能源供给侧和消费终端转型发展中可以发挥重要作用。在能源供给侧,氢能可以消纳可再生能源电力,实现能量在时间上的存储和空间上的转移。相对于其他储能方式,氢能具备规模优势;在能源消费终端,氢健康氢能可以实现零排放、零污染,减少碳排放。2020年9月,在第七十五届大会一般性辩论上,中国提出力争2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的目标。在实现目标的过程中,氢能的应用除了可以减少碳排放、助力碳达峰,还可以通过氢与二氧化碳反应制成有机化学品,实现碳中和。钧希膜从金属稳定性角度来讲,其稳定性由高到低的顺序为Au>Pt>Ir>Ru>Os。
作为水电解槽膜电极的中心部件,质子交换膜电解水电解水不但传导质子,隔离氢气和氧气,而且还为催化剂提供支撑,其性能的好坏直接决定水电解槽的性能和使用寿命。长期被国外少数厂家垄断,质子交换膜电解水电解水价格高达几百~几千美元/m2。为降低膜成本,提高膜性能,国内外重点攻关改性全氟磺酸质子交换膜电解水电解水、有机/无机纳米复合质子交换膜电解水电解水和无氟质子交换膜电解水电解水。氢健康全氟磺酸膜改性研究聚焦聚合物改性、膜表面刻蚀改性以及膜表面贵金属催化剂沉积3种途径。通过引入无机组分制备有机/无机纳米复合质子交换膜电解水电解水,使其兼具有机膜柔韧性和无机膜良好热性能、化学稳定性和力学性能,成为近几年的研究热点。
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。PEM水电解制得的氢气纯度高,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。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。
在技术层面,电解水制氢主要分为AWE、PEM水电解,固体聚合物阴离子交换膜(AEM)水电解、固体氧化物(SOE)水电解。其中,AWE是较早工业化的水电解技术,已有数十年的应用经验,较为成熟;PEM电解水技术近年来产业化发展迅速,SOE水电解技术处于初步示范阶段,而AEM水电解研究刚起步。氢健康从时间尺度上看,AWE技术在解决近期可再生能源的消纳方面易于快速部署和应用;但从技术角度看,PEM电解水技术的电流密度高、电解槽体积小、运行灵活、利于快速变载,与风电、光伏(发电的波动性和随机性较大)具有良好的匹配性。随着PEM电解槽的推广应用,其成本有望快速下降,必然是未来5~10a的发展趋势。SOE、AEM水电解的发展则取决于相关材料技术的突破情况。膜电极特性与结构直接影响PEM水电解槽的性能和寿命。钧希膜
作为媒介氢气促进可再生能源时空再分布,不断丰富氢气的应用场景。钧希膜
目前,在我国能源行业,无论是煤炭、石油、天然气,还是电力,亦无一例外都是国有企业在唱主角。从去年以来,就连众多民营企业齐头并进的风电、光伏领域,央企、国企也持续竞相中标各大电站。并且,在2018年中国能源500强榜单中,国企数量占比超9成。随着中国经济高速发展,中国能源有限责任公司(自然)企业国际化能力已经为大众所知晓。尤其是以智能电网为发展方向的我国电网公司,已在全球范围建立完整的智能电网技术标准体系,发起设立国际标准28项,交流电压成为国际标准电压。以此为标志,中国能源企业的产能升级和国际竞争力都在飞速提升。ETRI预测,2035年后,中国能源需求逐步回落,在全球一次能源比重稳定在23%,届时,单位能耗将比2015年下降54%。美国能源信息署预测中国的能源需求增速未来将不足1%,这和21世纪以来8%的贸易型增速形成鲜明对比。目前太阳能发电厂的工程设计和规划工作仍然需要人类工程师手工完成,并且需要各种专业的工程师,通常需要几个月才能完成大型商业项目的开发规划。现在,通过借助AI,只需在很短的时间就可以完成新能源科技领域内的技术开发、技术推广、技术转让、技术咨询、技术服务;新能源汽车设计、销售、租赁;销售:机械设备、电子产品、五金交电、家用电器;租赁:机械设备;企业管理服务;自营和代理各类商品及技术的进出口业务。的设计规划项目。钧希膜
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