江苏电解水实验

相比PEM水电解，AEM水电解选用固体聚合物阴离子交换膜作为隔膜材料，膜电极催化剂、双极板材料可选性更宽广，未来突破阴离子交换膜和高活性非贵金属催化剂等关键材料有望明显降低电解槽制造成本。应用推广方面，当下电力系统中波动性可再生能源份额不断上升，未来几十年这一趋势仍将延续。可再生能源制氢是单独绿色低碳制氢方式，不但能提高电网灵活性，而且可远距离运输和分配可再生能源，支持可再生能源更大规模的发展。作为媒介氢气促进可再生能源时空再分布，助力电力系统与难以深度脱碳的工业、建筑和交通运输部门建立起产业联系，不断丰富氢气的应用场景。这也为PEM水电解制氢技术带来巨大的发展空间。析氧反应（OER）在水分解，CO2还原和可再生电燃料电池等各种电化学系统的阳极反应中起着关键作用。江苏电解水实验

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。北京电解水反应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。

与碱性水电解制氢相比，PEM水电解制氢工作电流密度更高（˃1A/cm2），总体效率更高（74%~87%），氢气体积分数更高（>99.99%），产气压力更高（3~4MPa），动态响应速度更快，能适应可再生能源发电的波动性，被认为是极具发展前景的水电解制氢技术。目前PEM水电解制氢技术已在加氢站现场制氢、风电等可再生能源电解水制氢、储能等领域得到示范应用并逐步推广。过去5年电解槽成本已下降了40%，但是投资和运行成本高仍然是PEM水电解制氢亟待解决的主要问题，这与目前析氧、析氢电催化剂只能选用贵金属材料密切相关。为此降低催化剂与电解槽的材料成本，特别是阴、阳极电催化剂的贵金属载量，提高电解槽的效率和寿命，是PEM水电解制氢技术发展的研究重点。

为了加快PEMWE的发展，深入理解电极反应的动态过程,理论计算和实验的结合,对具有实际应用前景的催化剂的进一步发展,催化剂性能的评价准则,对实验室基础研究中水系模型和实际操作差异的理解,集成膜电极组件的开发需要更多的研究。PEMWE的组装方法,实际运行条件,包括离聚物,膜,气体扩散层,极板,催化剂层在内的各个组分都是影响PEMWE性能的关键参数.对各个组分的发展和应用现状进行综述,同时对有实际应用前景的催化剂进行分析,包括负载型催化剂,铱/钌为主体的掺杂型催化剂。借助创新实验方法和先进表征技术发展在揭示酸介质中动态OER的复杂性和开发高效稳定的电催化剂方面取得了重要成就。但所开发的催化剂及相关器件的性能与工业应用之间仍存在一定的差距。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。

区别于碱性水电解制氢，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电解水电解水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电解水电解水、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电解水电解水组成膜电极，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。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。北京电解水反应

碱性水电解制氢电解槽隔膜主要由石棉组成，起分离气体的作用。江苏电解水实验

通过O中间体，即O-O直接耦合途径.而在具有丰富氧空位的无定形金属氧化物和一些具有高金属氧共价的钙钛矿中，晶格氧机理发生在遭受水亲核攻击的单个活性氧位点或通过两个相邻反应晶格氧原子的直接耦合，产生的氧空位将被水分子或大量氧原子补充，同时由此产生的不饱和金属位点更容易溶解,带来催化剂稳定性问题。吸附氧化机理(AEM)和晶格氧反应机理(LOM)是在酸性介质中被认为较合理的两种机理。催化剂通过哪一机理发生催化反应,选择单位点还是双位点途径和材料本身的电子结构有着密切关系,结晶度好的氧化物几乎没有缺陷，倾向于采用AEM，在单个活性金属位点上通过*OOH中间体，即所谓的酸碱途径，或者在两个相邻的金属位点上。江苏电解水实验

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