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。PEM电解水和燃料电池的PEM发电相类似,但是膜的厚度要厚很多。哪里可以买到西门子何时推出PEM电解水产品
PEM电解水的主要部件MEA 对反应过程和性能限制的理解和深入研究非常重要。基于以上考虑,电化学交流阻抗(EIS)被认为是一个非常优异的工具,可用于诊断电化学过程。交流阻抗分析被广泛应用于,区分不同反应机理对极化特性的影响,EIS可以根据单个过程的不同弛豫时间和等效电路的相关元件,在PEM电解水运行参数(如电势、电流密度、温度和MEA特性)调整时的变化来区分各种现象,催化剂的担载量。 在多数情况下,电化学交流阻抗可以被清晰的区分出欧姆极化阻抗,界面问题及扩散相关现象等。 但是,交流阻抗需要通过等效电路进行深入分析。 所以EIS结合等效电路,是一个非常强大的工具,可用于多个复杂电化学反应过程和机理的分析。可否知道718研究所何时推出PEM电解水产品PEM电解水产业在成长的过程中已经意识到了技术迭代的必要性。
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,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。
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,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。在PEM电解水系统中,O2是和水一起产生的,对于O2的收集和处理,相对比较难一点。
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。PEM电解水系统,对水的导电率要求较高。哪里可知华杰恒信怎样测试PEM电解水质子交换膜
PEM电解水目前的短板在于对贵金属的依赖。哪里可以买到西门子何时推出PEM电解水产品
PEM水电解制得的氢气纯度高,而且其制氢负荷可以实现在0~1之间智能连续自动化控制,因而PEM水电解制氢逐步取代了传统的碱水制氢和氢气瓶组等方式。由于氢气可以大规模长时间存储,相对于其他储能方式,在时间尺度和规模尺度上均有明显优势;结合可再生能源电力的波动性,可以充分发挥氢气的储能优点,并实现大规模低成本制氢。在PEM水电解过程中,电解槽阳极的析氧反应是该过程的速控步骤。阳极反应过电势与阴极反应过电势的大小,是水电解制氢效率高低的主要影响因素之一,通常阳极反应过电势远远高于阴极反应过电势。哪里可以买到西门子何时推出PEM电解水产品
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