质子交换膜 技术

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。氢健康因此，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。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 技术

氢燃料电池车被视为新能源汽车的下一个风口。质子交换膜电解水作为氢燃料电池中心部件，其质量好坏直接影响电池的使用寿命。从价值量看，氢能源燃料电池中成本占比较高的自然是燃料电池电堆，其次是储气瓶，而在燃料电池堆中，有个关键材料，那就是质子交换膜电解水，且成本占到了28%，从整体看，质子交换膜电解水成本约占燃料电池总成本的4.08%，几乎决定了燃料电池的成本。氢健康质子交换膜电解水上游主要包括基础材料和过程材料两个部分：基础材料即萤石，利用上游原材料制备可用于后续加工的各类全氟、非全氟以及特种树脂。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。有谁知道阳光氢能怎样测试质子交换膜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两侧。

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，氢健康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。

质子交换膜（PEM）在氢燃料电池、电解水制氢气等领域中所交换的阳离子为质子，氢健康又被称为离子膜。质子交换膜处于有机氟化工产业链末端，其上游是有机氟化工的单体材料，下游是基于质子交换膜的氯碱工业、燃料电池、电解水、储能电池等应用领域。目前产业化应用的均为全氟质子交换膜，质子交换膜使用的是全氟磺酸树脂，离子膜使用全氟磺酸树脂、全氟羧酸树脂的复合膜。全氟磺酸树脂具有强酸性，全氟羧酸树脂具有弱酸性，更能够适应氯碱工业中的碱性环境。尽管目前全氟磺酸PEM应用较普遍，但仍存在成本较高、尺寸稳定性较差、温度升高会降低质子传导性的缺点。为了实现“碳达峰”和“碳中和”目标，未来以化石能源制氢的方式势必要受到限制或部分被清洁制氢方式取代。

在技术层面，电解水制氢技术可分为碱性电解水制氢(ALK)、质子交换膜电解水电解水制氢(PEM)、固体氧化物电解水制氢(SOE)和阴离子交换膜电解水制氢（AEM）。其中，碱性电解水技术较为成熟，造价成本也较低；但是氢健康与可再生能源适配性较差。其中，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。固体氧化物电解水制氢（SOE）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。阴离子交换膜电解水制氢（AEM）以阴离子交换膜作为电解质隔膜，目前仍处于实验室阶段。PEM电解水技术具有独特优势。无污染、无腐蚀；拥有更高的质子传导性，提升电解效率；同时有更宽的负载范围和更短的响应启动时间，与水电、风电、光伏（发电的波动性和随机性较大）具有良好的匹配性，较适合未来能源结构的发展。AWE采用氢氧化钾水溶液为电解质，以石棉为隔膜，分离水产生氢气和氧气，效率通常在70%~80%。质子交换膜 技术

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。质子交换膜 技术

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。质子交换膜 技术

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