上海风能电解水制作系统

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。质子交换膜电解水水电解槽（PEMWE）技术由于运行电流密度更大,产生氢气纯度更高,可利用间歇性可再生能源等优势吸引了普遍的研究及应用.OER动力学迟缓、贵金属电极材料的有限选择和催化剂在强氧化强酸性介质中的降解,以及PEMWE各组件选择是PEMWE技术普遍应用的主要瓶颈。因此,从根本上了解反应机理，催化剂失活原因,周到总结OER催化剂以及目前在PEMWE实际应用的现状对于开发具有更好性能,更低成本PEMWE阳极催化剂,推动相关电化学系统的商业化长期稳定性具有重要意义。按照目前Ｉｒ的年产量，未来50年Ｉｒ供给可以满足使用需求。上海风能电解水制作系统

与ALK技术对比，PEM水电解制氢技术启停速度快、负荷波动范围广、产氢压力高，尤其适合利用可再生能源电力（尤其是离网电力）制氢，是实现大规模水电解制氢应用较有效的方式之一。此外，它还可以实现对风电、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，因而成为大规模、高效储能的重要方式之一。氢气比重小、扩散快，其导热系数是空气的８.4倍，因此常被用作发电机组的冷却剂，可以大幅降低风摩擦损耗，对于1ＧＷ的发电机组，氢气纯度每提高1％，可以节约22８ｋＷ的能源。电解水制备不同催化材料的阳极过电势通常为200～500ｍＶ。

随着日益增长的低碳减排需求，氢的绿色制取技术受到普遍重视，利用可再生能源进行电解水制氢是目前众多氢气来源方案中碳排放较低的工艺。本文梳理了氢能需求和规划的进展、电解水制氢的示范项目情况，重点分析了电解水制氢技术，涵盖技术分类、碱水制氢应用、质子交换膜（PEM）电解水制氢。研究认为，提升电催化剂活性、提高膜电极中催化剂的利用率、改善双极板表面处理工艺、优化电解槽结构，有助于提高PEM电解槽的性能并降低设备成本；PEM电解水制氢技术的运行电流密度高、能耗低、产氢压力高，适应可再生能源发电的波动性特征、易于与可再生能源消纳相结合，是电解水制氢的适宜方案。结合氢储运与电解制氢的技术特征研判、我国输氢需求，提出发展建议：利用西北、西南、东北等区域丰富的可再生能源，通过电解水制氢产生高压氢。

除了降低催化剂贵金属载量，提高催化剂活性和稳定性外，膜电极制备工艺对降低电解系统成本，提高电解槽性能和寿命至关重要。根据催化层支撑体的不同，膜电极制备方法分为CCS法和CCM法。CCS法将催化剂活性组分直接涂覆在气体扩散层，而CCM法则将催化剂活性组分直接涂覆在质子交换膜电解水电解水两侧，这是2种制作工艺较大的区别。与CCS法相比，CCM法催化剂利用率更高，大幅降低膜与催化层间的质子传递阻力，是膜电极制备的主流方法。在CCS法和CCM法基础上，近年来新发展起来的电化学沉积法、超声喷涂法以及转印法成为研究热点并具备应用潜力。新制备方法从多方向、多角度改进膜电极结构，克服传统方法制备膜电极存在的催化层催化剂颗粒随机堆放，气体扩散层孔隙分布杂乱等结构缺陷，改善膜电极三相界面的传质能力，提高贵金属利用率，提升膜电极的电化学性能。下游应用方面，质子交换膜电解水可普遍应用于燃料电池、电解水、氯碱工业等领域。

阴离子交换膜（AEM）水电解、碱性水电解（ALK）以及高温固体氧化物（SOEC）水电解等4种水电解制氢技术的性能对比。可知：在各种水电解制氢技术中，AEM技术成熟度低，目前还无法实现大规模应用，但是由于其不使用贵金属催化剂，同时兼具PEM和ALK制氢的优点，未来将会成为取代PEM制氢的替代技术；SOEC制氢技术由于固体氧化物的寿命和制氢规模的限制，暂时未达到工业应用程度，但其制氢效率高，未来具有稳定连续大规模制氢的潜力；ALK技术具备成本低、产氢规模大、技术成熟度高等优点，是目前应用较广的水电解制氢技术，但是存在负荷调节幅度小、启动响应慢、需要碱液处理过程等缺点，特别不适合可再生能源电力波动性的特点，只能从电网取电制氢。目前，全世界的氢产量约为70mt，主要消费方向以石油炼制、化工原料为主。上海风能电解水制作系统

制氢过程按照碳排放强度分为灰氢（煤制氢）、蓝氢（天然气制氢）、绿氢（电解水制氢、可再生能源）。上海风能电解水制作系统

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。目前，全世界的氢产量约为70Ｍｔ，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，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。上海风能电解水制作系统

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