山东碱性电解水交换膜

作为水电解槽膜电极的中心部件，质子交换膜不但传导质子，隔离氢气和氧气，而且还为催化剂提供支撑，其性能的好坏直接决定水电解槽的性能和使用寿命。长期被国外少数厂家垄断，质子交换膜价格高达几百~几千美元/m2。为降低膜成本，提高膜性能，国内外重点攻关改性全氟磺酸质子交换膜、有机/无机纳米复合质子交换膜和无氟质子交换膜。全氟磺酸膜改性研究聚焦聚合物改性、膜表面刻蚀改性以及膜表面贵金属催化剂沉积3种途径。通过引入无机组分制备有机/无机纳米复合质子交换膜，使其兼具有机膜柔韧性和无机膜良好热性能、化学稳定性和力学性能，成为近几年的研究热点。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。山东碱性电解水交换膜

因此，单纯从规模和用量来看，Ｉｒ资源储量难以维持行业的发展，必须对现有的PEM水电解技术进行完善和升级。一方面，可以通过提升催化剂、膜电极技术，以及电解槽整体技术，大幅度降低Ｉｒ的用量；另一方面，可以有效回收Ｉｒ资源，使其回收利用率达90％以上。Ｃｈｒｉｓｔｉｎｅ等分别分析了保守情况和乐观情况下未来50年PEM水电解行业对Ｉｒ资源需求量的变化情况，保守情况下，即PEM电极的Ｉｒ负载量保持0.３３ｇ?ｋＷ不降低，则2045年前Ｉｒ的累计需求增长率与Ｉｒ有效回收情况的累计需求增长率相同。耐高温电解水供应商在能源供给侧，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。

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。PEM燃料电池及电解水发展迅速，国内外市场都呈现出较快的需求增长和广阔的发展前景。从2011年到2019年，PEM燃料电池出货量占比从44.9%进一步提升至82.7%，可见，全球PEM燃料电池出货量高速增长。依据中国氢能联盟对未来燃料电池系统成本的预测以及美国能源部披露的成本结构，综合测算，燃料电池应用领域每年为质子交换膜电解水带来的市场增量将持续增长，到2025年、2035年和2050年将分别为9.80亿、49.01亿和67.39亿，非常可观。

在酸性介质中贵金属Ru和Ir基催化剂具有优异的活性和可应用性,优于其他铂族金属（如Rh、Pd和Pt）.尽可能多地暴露活性位点，提高本征活性，以尽量减少贵金属消耗,同时兼顾长期运行的稳定性是催化剂设计必须面临的问题。对于负载催化剂，金属-载体相互作用和基底的导电性至关重要。本节讨论酸性OER材料发展，并强调从机理分析性能提高.对金属性质(合金,单原子等)催化剂,氧化物(钌/铱氧化物,非贵金属氧化物),金属氧酸盐类(钙钛矿,烧绿石,其它氧酸盐类),其它无机金属和非金属材料进行周到综述。下游应用方面，质子交换膜可普遍应用于燃料电池、电解水、氯碱工业等领域。

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，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。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。山东碱性电解水交换膜

它具有立即响应、更高的质子电导率、更低的欧姆损耗和气体交叉率的优点。山东碱性电解水交换膜

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。山东碱性电解水交换膜

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