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(tǒng)的陽極反應中起著關鍵作用。質子交換膜電解水水電解槽(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(yōu)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(fā)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(tǒng)的商業(yè)化長期穩(wěn)定性具有重要意義。由于PEM電解水電堆中陰極流動的是水,相對而言壓力和流量都比較好控制,系統(tǒng)很穩(wěn)定??煞裰蕾惪速愃沟腜EM電解水用誰家的質子交換膜
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,又被稱為離子膜。質子交換膜處于有機氟化工產業(yè)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(yè)、燃料電池、電解水、儲能電池等應用領域。目前產業(yè)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(yè)中的堿性環(huán)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(wěn)定性較差、溫度升高會降低質子傳導性的缺點。是否有報道凱豪達的PEM電解水用誰家的質子交換膜PEM電解水目前的短板在于對貴金屬的依賴。
在市場化進程方面,堿水電解(AWE)作為較為成熟的電解技術占據著主導地位,尤其是一些大型項目的應用。AWE采用氫氧化鉀(KOH)水溶液為電解質,以石棉為隔膜,分離水產生氫氣和氧氣,效率通常在70%~80%。一方面,AWE在堿性條件下可使用非貴金屬電催化劑(如Ni、CO、Mn等),因而電解槽中的催化劑造價較低,但產氣中含堿液、水蒸氣等,需經輔助設備除去;另一方面,AWE難以快速啟動或變載、無法快速調節(jié)制氫的速度,因而與可再生能源發(fā)電的適配性較差。
通過O中間體,即O-O直接耦合途徑.而在具有豐富氧空位的無定形金屬氧化物和一些具有高金屬氧共價的鈣鈦礦中,晶格氧機理發(fā)生在遭受水親核攻擊的單個活性氧位點或通過兩個相鄰反應晶格氧原子的直接耦合,產生的氧空位將被水分子或大量氧原子補充,同時由此產生的不飽和金屬位點更容易溶解,帶來催化劑穩(wěn)定性問題。吸附氧化機理(AEM)和晶格氧反應機理(LOM)是在酸性介質中被認為較合理的兩種機理。催化劑通過哪一機理發(fā)生催化反應,選擇單位點還是雙位點途徑和材料本身的電子結構有著密切關系,結晶度好的氧化物幾乎沒有缺陷,傾向于采用AEM,在單個活性金屬位點上通過*OOH中間體,即所謂的酸堿途徑,或者在兩個相鄰的金屬位點上。PEM電解水的發(fā)展方向是更低的貴金屬催化劑的使用。
PEM水電解制得的氫氣純度高,而且其制氫負荷可以實現在0~1之間智能連續(xù)自動化控制,因而PEM水電解制氫逐步取代了傳統(tǒng)的堿水制氫和氫氣瓶組等方式。由于氫氣可以大規(guī)模長時間存儲,相對于其他儲能方式,在時間尺度和規(guī)模尺度上均有明顯優(yōu)勢;結合可再生能源電力的波動性,可以充分發(fā)揮氫氣的儲能優(yōu)點,并實現大規(guī)模低成本制氫。在PEM水電解過程中,電解槽陽極的析氧反應是該過程的速控步驟。陽極反應過電勢與陰極反應過電勢的大小,是水電解制氫效率高低的主要影響因素之一,通常陽極反應過電勢遠遠高于陰極反應過電勢。PEM電解水電堆,膜的耐壓能力要強,需要大于30 bar。是否有報道凱豪達的PEM電解水用誰家的質子交換膜
PEM電解水同時還是氫健康產品的主流技術??煞裰蕾惪速愃沟腜EM電解水用誰家的質子交換膜
我國將氫能作為戰(zhàn)略能源技術,給予持續(xù)的政策支持,推動產業(yè)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(yè)鏈關鍵技術與裝備得到發(fā)展,形成長三角、珠三角、京津冀等氫能產業(yè)熱點區(qū)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??煞裰蕾惪速愃沟腜EM電解水用誰家的質子交換膜
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