广东膜电解水

来源: 发布时间:2022-05-17

在技术层面,电解水制氢技术可分为碱性电解水制氢(ALK)、质子交换膜电解水制氢(PEM)、固体氧化物电解水制氢(SOE)和阴离子交换膜电解水制氢(AEM)。其中,碱性电解水技术较为成熟,造价成本也较低;但是与可再生能源适配性较差。氢健康其中,碱性电解水技术较为成熟,但无法快速调节制氢速度,与可再生能源适配性较差。固体氧化物电解水制氢(SOE)采用固体氧化物为电解质材料,适合在高温环境下运作,能效更高,但处于初期示范阶段。阴离子交换膜电解水制氢(AEM)以阴离子交换膜作为电解质隔膜,目前仍处于实验室阶段。PEM电解水技术具有独特优势。无污染、无腐蚀;拥有更高的质子传导性,提升电解效率;同时有更宽的负载范围和更短的响应启动时间,与水电、风电、光伏(发电的波动性和随机性较大)具有良好的匹配性,较适合未来能源结构的发展。降低催化剂与电解槽的材料成本,是PEM水电解制氢技术发展的研究重点。广东膜电解水

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区别于碱性水电解制氢氢健康,PEM水电解制氢选用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜作为固体电解质替代石棉膜,能有效阻止电子传递,提高电解槽安全性。PEM水电解槽主要部件由内到外依次是质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板等。其中扩散层、催化层与质子交换膜组成膜电极,是整个水电解槽物料传输以及电化学反应的主场所,膜电极特性与结构直接影响PEM水电解槽的性能和寿命。将可再生能源发电转化为氢气,可提高电力系统灵活性,正成为可再生能源发展和应用的重要方向。广东膜电解水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。

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质子交换膜(PEM)在氢燃料电池、电解水制氢气等领域中所交换的阳离子为质子,氢健康又被称为离子膜。质子交换膜处于有机氟化工产业链末端,其上游是有机氟化工的单体材料,下游是基于质子交换膜的氯碱工业、燃料电池、电解水、储能电池等应用领域。目前产业化应用的均为全氟质子交换膜,质子交换膜使用的是全氟磺酸树脂,离子膜使用全氟磺酸树脂、全氟羧酸树脂的复合膜。全氟磺酸树脂具有强酸性,全氟羧酸树脂具有弱酸性,更能够适应氯碱工业中的碱性环境。尽管目前全氟磺酸PEM应用较普遍,但仍存在成本较高、尺寸稳定性较差、温度升高会降低质子传导性的缺点。

综合活性和稳定性等因素,目前工业上选用的PEM电解槽阳极催化剂以铱黑以及IrO2等为主。不同催化材料的阳极过电势通常为200~500mV。在高电位、氧化、酸性环境下,PEM电解槽对阳极催化剂材料的要求极为苛刻,氢健康能满足该要求的催化材料但限于某些贵金属。通常,活性越高的金属,其在水电解过程中越容易溶解,稳定性越差。例如:从金属活性角度来讲,氢健康金属活性由高到低的顺序为Os>Ru>Ir>Pt>Au;但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。需要强调的是,采用水电解制氢时,只有利用可再生能源电力制取的氢气才满足低碳排放的标准。

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目前,全世界的氢主要消费方向以石油炼制、化工原料为主。根据中国氢能联盟研究院发布的数据,当单位制氢的碳排放(CO2)不高于4.9kg?kg时,制备的氢气才是清洁的煤制氢的碳排放强度接近风电、水电制氢的20倍,天然气制氢的碳排放强度也很高,两种方式制氢的碳排放均远超清洁制氢的碳排放标准;而以可再生资源发电,进行水电解制氢则能够满足清洁氢气的碳排放标准。需要强调的是,采用水电解制氢时,只有利用可再生能源电力制取的氢气才满足低碳排放的标准;而利用不可再生能源电力制取的氢气,从全生命周期来看,同样存在碳排放量大的问题。因此,氢健康水电解制氢是否属于清洁氢,要根据电网电力的种类来判断。现阶段,氢气主要用作工业原料,但在发电、供热、交通燃料等领域有巨大发展潜力。随着可再生能源发电比例和规模不断提升,间歇性电力“削峰填谷”的储能作用将得到普遍体现。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。广东膜电解水

电解槽可以实现对风电、水电、光伏电等电力能源的调峰运行和对弃电资源的充分利用。广东膜电解水

在未来前20年中因Ir使用寿命及装置未到报废时限等因素,PEM水电解装置中Ir资源回收利用还没有得到有效实施,因此对新Ir资源需求总量增长较快,到2045年Ir的需求量达到约1.5t?a,小于Ir的产量,因而供给可以满足需求。在2045—2070年,新增PEM水电解装置装机容量不断加大,同时Ir资源的回收利用量也不断加大。由于Ir资源的回收利用,氢健康Ir资源的累计需求增长率增长幅度不断减小,到2070年Ir的需求量为2t左右,增幅不大。因此,按照目前Ir的年产量,未来50年Ir供给可以满足使用需求。广东膜电解水

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