作為媒介氫氣促進可再生能源時空再分布,助力電力系統(tǒng)與難以深度脫碳的工業(yè)、建筑和交通運輸部門建立起產(chǎn)業(yè)聯(lián)系,不斷豐富氫氣的應用場景。這也為PEM水電解制氫技術帶來巨大的發(fā)展空間。相比PEM水電解,AEM水電解選用固體聚合物陰離子交換膜作為隔膜材料,膜電極催化劑、雙極板材料可選性更寬廣,未來突破陰離子交換膜和高活性非貴金屬催化劑等關鍵材料有望明顯降低電解槽制造成本。氫健康應用推廣方面,當下電力系統(tǒng)中波動性可再生能源份額不斷上升,未來幾十年這一趨勢仍將延續(xù)??稍偕茉粗茪涫菃为毦G色低碳制氫方式,不但能提高電網(wǎng)靈活性,而且可遠距離運輸和分配可再生能源,支持可再生能源更大規(guī)模的發(fā)展。資源儲量能否支撐整個PEM水電解制氫技術的未來發(fā)展,成為業(yè)內(nèi)普遍關注的焦點。質子交換膜的上市公司
氫燃料電池車被視為新能源汽車的下一個風口。質子交換膜作為氫燃料電池中心部件,其質量好壞直接影響電池的使用壽命。從價值量看,氫能源燃料電池中成本占比較高的自然是燃料電池電堆,其次是儲氣瓶,而在燃料電池堆中,氫健康有個關鍵材料,那就是質子交換膜,且成本占到了28%,從整體看,質子交換膜成本約占燃料電池總成本的4.08%,幾乎決定了燃料電池的成本。質子交換膜上游主要包括基礎材料和過程材料兩個部分:基礎材料即螢石,利用上游原材料制備可用于后續(xù)加工的各類全氟、非全氟以及特種樹脂。下游應用方面,質子交換膜可普遍應用于燃料電池、電解水、氯堿工業(yè)等領域。質子交換膜的上市公司PEM水電解制氫已步入商業(yè)化早期,制約技術大規(guī)模發(fā)展的瓶頸在于膜電極選用被少數(shù)廠家壟斷的質子交換膜。
膜電極中析氫、析氧電催化劑對整個水電解制氫反應十分重要。理想電催化劑應具有抗腐蝕性、良好的比表面積、氣孔率、催化活性、電子導電性、電化學穩(wěn)定性以及成本低廉、環(huán)境友好等特征。陰極析氫電催化劑處于強酸性工作環(huán)境,易發(fā)生腐蝕、團聚、流失等問題,為保證電解槽性能和壽命,析氫催化劑材料選擇耐腐蝕的Pt、Pd貴金屬及其合金為主?,F(xiàn)有商業(yè)化析氫催化劑Pt載量為0.4~0.6mg/cm2,貴金屬材料成本高,阻礙PEM水電解制氫技術快速推廣應用。為此降低貴金屬Pt、Pd載量,開發(fā)適應酸性環(huán)境的非貴金屬析氫催化劑成為研究熱點。
與堿性水電解制氫相比,PEM水電解制氫工作電流密度更高(?1A/cm2),總體效率更高(74%~87%),氫氣體積分數(shù)更高(>99.99%),產(chǎn)氣壓力更高(3~4MPa),動態(tài)響應速度更快,能適應可再生能源發(fā)電的波動性,被認為是極具發(fā)展前景的水電解制氫技術。目前PEM水電解制氫技術已在加氫站現(xiàn)場制氫、風電等可再生能源電解水制氫、儲能等領域得到示范應用并逐步推廣。過去5年電解槽成本已下降了40%,但是投資和運行成本高仍然是PEM水電解制氫亟待解決的主要問題,這與目前析氧、析氫電催化劑只能選用貴金屬材料密切相關。氫健康為此降低催化劑與電解槽的材料成本,特別是陰、陽極電催化劑的貴金屬載量,提高電解槽的效率和壽命,是PEM水電解制氫技術發(fā)展的研究重點。在PEM水電解技術大規(guī)模應用后,陽極催化劑的成本占比會逐漸提升。
與ALK技術對比,氫健康PEM水電解制氫技術啟停速度快、負荷波動范圍廣、產(chǎn)氫壓力高,尤其適合利用可再生能源電力(尤其是離網(wǎng)電力)制氫,是實現(xiàn)大規(guī)模水電解制氫應用較有效的方式之一。此外,它還可以實現(xiàn)對風電、水電、光伏電等電力能源的調(diào)峰運行和對棄電資源的充分利用,因而成為大規(guī)模、高效儲能的重要方式之一。氫氣比重小、擴散快,其導熱系數(shù)是空氣的8.4倍,因此常被用作發(fā)電機組的冷卻劑,可以大幅降低風摩擦損耗,對于1GW的發(fā)電機組,氫氣純度每提高1%,可以節(jié)約228kW的能源。膜電極特性與結構直接影響PEM水電解槽的性能和壽命。誰知道東莞鉑信怎樣測試質子交換膜
AWE采用氫氧化鉀水溶液為電解質,以石棉為隔膜,分離水產(chǎn)生氫氣和氧氣,效率通常在70%~80%。質子交換膜的上市公司
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。氫健康其中,堿性電解水技術較為成熟,但無法快速調(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材料,適合在高溫環(huán)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(yōu)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(fā)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(fā)展。質子交換膜的上市公司
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