环保质子交换膜

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，氢健康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。理想电催化剂应具有抗腐蚀性、良好的比表面积、电子导电性、电化学稳定性以及成本低廉、环境友好等特征。环保质子交换膜

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。谁用过质子交换膜作为媒介氢气促进可再生能源时空再分布，不断丰富氢气的应用场景。

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。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，因此氢健康在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。

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。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。降低催化剂与电解槽的材料成本，是PEM水电解制氢技术发展的研究重点。

PEM水电解制得的氢气纯度高氢健康，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。按照目前用量水平来计算，1ＧＷ级PEM电解槽的Ir用量为500千克。主流的质子交换膜

通常阳极反应过电势远远高于阴极反应过电势。环保质子交换膜

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。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。氢健康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。环保质子交换膜

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