质子交换膜研究前景

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。固体氧化物电解水制氢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。质子交换膜研究前景

虽然Ｉｒ阳极催化剂成本在整个电解槽成本中占比不大，但若未来PEM水电解制氢技术大规模普及，其需求量会大幅度上升。目前，全世界Ｉｒ产量少于9ｔ/ａ，因此在PEM水电解技术大规模应用后，阳极催化剂的成本占比会逐渐提升。氢健康Ｉｒ资源储量能否支撑整个PEM水电解制氢技术的未来发展，成为业内普遍关注的焦点，国外机构对此进行了相关研究预测。按照目前用量水平来计算，膜电极上的Ｉｒ用量为2ｍｇ/ｃｍ2，而膜电极典型运行参数为4Ｗ?ｃｍ2，因而1ＧＷ级PEM电解槽的Ｉｒ用量为500ｋｇ。是否有报道Mcphy使用谁家的质子交换膜需要强调的是，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。

PEM水电解制氢已步入商业化早期，制约技术大规模发展的瓶颈在于膜电极选用被少数厂家垄断的质子交换膜电解水，阴、阳极催化剂材料需采用贵金属以及电解能耗仍然偏高。解决上述难题是PEM水电解制氢技术进一步发展与推广的关键。氢健康为此发展新型水电解技术成为新趋势，基于融合碱性水电解和PEM水电解各自优势的研究思路，采用碱性固体电解质替代PEM的碱性固体阴离子交换膜（AEM）水电解制氢技术成为新方向。另外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。

PEM水电解制氢已步入商业化早期，制约技术大规模发展的瓶颈在于膜电极选用被少数厂家垄断的质子交换膜，阴、阳极催化剂材料需采用贵金属以及电解能耗仍然偏高。解决上述难题是PEM水电解制氢技术进一步发展与推广的关键。为此发展新型水电解技术成为新趋势，基于融合碱性水电解和PEM水电解各自优势的研究思路，采用碱性固体电解质替代PEM的碱性固体阴离子交换膜（AEM）水电解制氢技术成为新方向。另外选用聚芳醚酮和聚砜等廉价材料制备无氟质子交换膜，也是质子交换膜的发展趋势。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。

氢健康氢利用的途径主要是燃料电池移动动力、分布式电站、化工加氢，新兴发展的是氢燃料汽轮机、氢气冶金等。氢能的利用需要从制氢开始，由于氢气在自然界极少以单质形式存在，需要通过工业过程制取。氢气的来源分为工业副产氢、化石燃料制氢、电解水制氢等途径，差别在于原料的再生性、CO2排放、制氢成本。目前，世界上超过95%的氢气制取来源于化石燃料重整，生产过程必然排放CO2；约4%~5%的氢气来源于电解水，生产过程没有CO2排放。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）。氢能产业发展初衷是零碳或低碳排放，因此灰氢、蓝氢将会逐渐被基于可再生能源的绿氢所替代，绿氢是未来能源产业的发展方向。根据电解槽隔膜材料的不同，通常将水电解制氢分为碱性水电解以及高温固体氧化物水电解（SOEC）。怎样知道国电投使用谁家的质子交换膜

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。质子交换膜研究前景

不同于碱性水电解和PEM水电解，高温固体氧化物水电解制氢采用固体氧化物为电解质材料，工作温度800~1000℃，制氢过程电化学性能明显提升，效率更高。SOEC电解槽电极采用非贵金属催化剂，阴极材料选用多孔金属陶瓷Ni/YSZ，氢健康阳极材料选用钙钛矿氧化物，电解质采用YSZ氧离子导体，全陶瓷材料结构避免了材料腐蚀问题。高温高湿的工作环境使电解槽选择稳定性高、持久性好、耐衰减的材料受到限制，也制约SOEC制氢技术应用场景的选择与大规模推广。PEM水电解制氢技术具备快速启停优势，能匹配可再生能源发电的波动性，逐步成为P2G制氢主流技术。质子交换膜研究前景

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