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。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）。山东分子制氢膜工艺
为此降低贵金属Pt、Pd载量，开发适应酸性环境的非贵金属析氢催化剂成为研究热点。氢健康膜电极中析氢、析氧电催化剂对整个水电解制氢反应十分重要。理想电催化剂应具有抗腐蚀性、良好的比表面积、气孔率、催化活性、电子导电性、电化学稳定性以及成本低廉、环境友好等特征。阴极析氢电催化剂处于强酸性工作环境，易发生腐蚀、团聚、流失等问题，为保证电解槽性能和寿命，析氢催化剂材料选择耐腐蚀的Pt、Pd贵金属及其合金为主。现有商业化析氢催化剂Pt载量为0.4~0.6mg/cm2，贵金属材料成本高，阻碍PEM水电解制氢技术快速推广应用。上海Fumatech膜电解水世界上超过95%的氢气制取来源于化石燃料重整，生产过程必然排放CO2。
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。氢健康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。
SOEC制氢技术由于固体氧化物的寿命和制氢规模的限制，暂时未达到工业应用程度，但其制氢效率高，未来具有稳定连续大规模制氢的潜力；ALK技术具备成本低、产氢规模大、技术成熟度高等优点，是目前应用较广的水电解制氢技术，氢健康但是存在负荷调节幅度小、启动响应慢、需要碱液处理过程等缺点，特别不适合可再生能源电力波动性的特点，只能从电网取电制氢。阴离子交换膜（AEM）水电解、碱性水电解（ALK）以及高温固体氧化物（SOEC）水电解等4种水电解制氢技术的性能对比。可知：在各种水电解制氢技术中，AEM技术成熟度低，目前还无法实现大规模应用，但是由于其不使用贵金属催化剂，同时兼具PEM和ALK制氢的优点，未来将会成为取代PEM制氢的替代技术。膜电极特性与结构直接影响PEM水电解槽的性能和寿命。
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。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。上海Fumatech膜电解水
SOEC电解槽电极采用非贵金属催化，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。山东分子制氢膜工艺
氢气比重小、扩散快，其导热系数是空气的８.4倍，因此常被用作发电机组的冷却剂，可以大幅降低风摩擦损耗，对于1ＧＷ的发电机组，氢气纯度每提高1％，可以节约22８ｋＷ的能源。与ALK技术对比，PEM水电解制氢技术启停速度快、负荷波动范围广、产氢压力高，尤其适合利用可再生能源电力（尤其是离网电力）制氢，是实现大规模水电解制氢应用较有效的方式之一。此外，氢健康它还可以实现对风电、水电、光伏电等电力能源的调峰运行和对弃电资源的充分利用，因而成为大规模、高效储能的重要方式之一。山东分子制氢膜工艺
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