复合电解水交换膜

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。选用聚芳醚酮和聚砜等廉价材料制备无氟质子交换膜电解水，也是质子交换膜电解水的发展趋势。复合电解水交换膜

质子交换膜水电解器(PEMWE)技术在可再生能源的电催化制氢方面受到关注。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。借助创新的实验方法和先进的表征技术，在揭示酸性介质中动态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果。本综述重点介绍了在酸性介质中开发OER电催化剂的反应和降解机制以及较新进展。此外，还在设备层面讨论了PEM水电解的进展。然而，所开发的催化剂及相关装置的性能与工业应用仍有一定差距。复合电解水交换膜可再生能源加速发展使得大规模消纳可再生能源成为突出问题。

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。

PEM水电解槽采用PEM传导质子，隔绝电极两侧的气体，避免AWE使用强碱性液体电解质所伴生的缺点。PEM水电解槽以PEM为电解质，以纯水为反应物，加之PEM的氢气渗透率较低，产生的氢气纯度高，但需脱除水蒸气；电解槽采用零间距结构，欧姆电阻较低，明显提高电解过程的整体效率，且体积更为紧凑；压力调控范围大，氢气输出压力可达数兆帕，适应快速变化的可再生能源电力输入。因此，PEM电解水制氢是极具发展前景的绿色制氢技术路径。由于PEM电解槽的阳极处于强酸性环境（pH≈2）、电解电压为1.4~2.0V，多数非贵金属会腐蚀并可能与PEM中的磺酸根离子结合，进而降低PEM传导质子的能力。PEM电解槽的电催化剂研究主要是Ir、Ru等贵金属/氧化物及其二元、三元合金/混合氧化物，以钛材料为载体的负载型催化剂。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。

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。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。航天电解水制备

阴极、阳极主要由金属合金组成，如Ni-Mo合金等，分解水产生氢气和氧气。复合电解水交换膜

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