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大电流电解水工艺

来源: 发布时间:2022年05月01日

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。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。长期被国外少数厂家垄断,质子交换膜电解水电解水价格高达几百~几千美元/m2。大电流电解水工艺

不同催化材料的阳极过电势通常为200~500mV。在高电位、氧化、酸性环境下,PEM电解槽对阳极催化剂材料的要求极为苛刻,能满足该要求的催化材料但限于某些贵金属。通常,活性越高的金属,其在水电解过程中越容易溶解,稳定性越差。例如:从金属活性角度来讲,金属活性由高到低的顺序为Os>Ru>Ir>Pt>Au;但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。综合活性和稳定性等因素,目前工业上选用的PEM电解槽阳极催化剂以铱黑以及IrO2等为主。河北高功率电解水上市公司水电解槽制氢设备开发是国内外碱性水电解制氢研究热点。

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。

在酸性介质中贵金属Ru和Ir基催化剂具有优异的活性和可应用性,优于其他铂族金属(如Rh、Pd和Pt).尽可能多地暴露活性位点,提高本征活性,以尽量减少贵金属消耗,同时兼顾长期运行的稳定性是催化剂设计必须面临的问题。对于负载催化剂,金属-载体相互作用和基底的导电性至关重要。本节讨论酸性OER材料发展,并强调从机理分析性能提高.对金属性质(合金,单原子等)催化剂,氧化物(钌/铱氧化物,非贵金属氧化物),金属氧酸盐类(钙钛矿,烧绿石,其它氧酸盐类),其它无机金属和非金属材料进行周到综述。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。

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,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。我国将氢能作为战略能源技术,给予持续的政策支持,推动产业化进程。大电流电解水工艺

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。大电流电解水工艺

析氧反应(OER)在水分解,CO2还原和可再生电燃料电池等各种电化学系统的阳极反应中起着关键作用。质子交换膜电解水水电解槽(PEMWE)技术由于运行电流密度更大,产生氢气纯度更高,可利用间歇性可再生能源等优势吸引了普遍的研究及应用.OER动力学迟缓、贵金属电极材料的有限选择和催化剂在强氧化强酸性介质中的降解,以及PEMWE各组件选择是PEMWE技术普遍应用的主要瓶颈。因此,从根本上了解反应机理,催化剂失活原因,周到总结OER催化剂以及目前在PEMWE实际应用的现状对于开发具有更好性能,更低成本PEMWE阳极催化剂,推动相关电化学系统的商业化长期稳定性具有重要意义。大电流电解水工艺

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