电解水制氢耦合有机物氧化研究进展

利用可再生能源(太阳能、风能)驱动的电解水制氢技术是获取“绿氢”的必经之路,是实现碳中和的重要战略措施。然而,目前电解水制氢技术仍面临电解效率低和能耗高等问题。其原因之一在于阳极析氧反应(OER)动力学过程缓慢,制约了阴极产氢,并且阳极产物氧气的附加值较低。利用电解水过程中阳极产生的“活性氧”物种催化有机物选择性氧化(替代OER),被证明是能够降低电解水反应电压、提高产氢效率的有效策略,并且利用阳极得到高附加值化学品可以进一步分摊并降低制氢成本,最近受到科研界和产业界的广泛关注。基于此,总结了近年来电解水制氢耦合有机物氧化方面的研究进展,包括:阳极表面水活化产生活性氧的种类及其催化有机氧化反应机理、反应物吸附过程强化提升反应速率相关策略、电解水制氢耦合氧化反应器设计和产物分离等技术。最后,对该领域的未来发展前景和面临的挑战进行了总结和展望。

阴离子交换膜电解水制氢技术的研究进展

氢能是我国2060年“碳中和”的关键支撑,氢气制备又是氢能产业链“制、储、输、用”四大环节中的首要环节,绿色高效地制取氢气是氢能发展的基础。阴离子交换膜电解水(AEMWE)作为新兴的“绿氢”技术,充分结合了碱性水电解技术与质子交换膜电解技术的优势,有望成为最具发展潜力的可再生能源制氢技术。对AEMWE的原理与研究现状做了简要分析,详细论述阴离子交换膜(AEM)水电解槽关键部件的研究进展与发展方向,包括阴离子交换膜、阳极、阴极催化剂、双功能催化剂、离聚物、膜电极、多孔传输层、双极板及电解液。最后结合研究现状,展望了AEMWE制氢技术的研究方向。

金属磷化物在电解水制氢中的应用研究进展

电解水被认为是目前最有前途的制氢方法之一。基于商用贵金属基催化剂成本高和储量有限的情况,开发低成本、高性能的电催化剂是实现电解水制氢产业化的关键。过渡金属磷化物因具有独特的物化性质和高催化活性而被广泛关注,但导电性和活性位点密度的不足限制了其在工业化制氢中的应用。首先阐述电解水析氢的机理及过渡金属磷化物的重要作用。然后从单金属磷化物、双金属磷化物、改性金属磷化物和结构调控过渡金属磷化物4个方面分析不同种类的过渡金属磷化物以及提升其催化性能的途径,并比较了当前过渡金属磷化物的常用制备方法。最后总结提升催化性能的主要策略,展望过渡金属磷化物未来的机遇和挑战。期望本综述有助于过渡金属磷化物电催化剂的设计开发与应用。

自支撑过渡金属基电极材料在电解水制氢领域研究进展

电催化裂解水制氢工艺具有绿色环保、简洁高效、氢气组分纯度高等优势,是最具应用价值的绿氢制造方式之一。但是,由于阴极和阳极电极反应动力学较为缓慢导致当前能源转换效率较低。利用高效、稳定的电催化裂解水制氢催化剂加速反应动力学过程,降低析氢反应电势,是大规模高效电催化裂解水制氢的关键所在。与传统的粉末状催化材料相比较,自支撑材料不仅不需要使用粘结剂,还具有极高的比表面积、较高的稳定性、高效的电荷传输速率及产物生成速率等优势,还可以按需构筑多种维度的新型电极结构,如一维、二维和三维等。基于此,主要介绍了自支撑过渡金属基电极材料的结构设计和可控合成方面的最新进展。

电解水制氢技术的研究现状及未来发展趋势

氢能作为向绿色低碳能源转型的重要抓手,受到了世界各国的广泛关注和极大重视。电解水制氢作为重要的绿色制氢技术,尤其是利用可再生能源转化的电力制氢,未来具有广阔的市场前景。通过分析4种主要电解水制氢技术和电解槽技术的研究现状,总结了电解水制氢技术的未来发展趋势。以期本研究可为碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢、固体氧化物电解水制氢和阴离子交换膜电解水制氢技术的研究方向提供参考思路,助力电解水制氢技术的研发和商业化进程。

高效电解水制氢发展现状与技术优化策略

随着全球对可持续能源解决方案的需求日益增长,电解水制氢技术因其清洁和可再生的特性而备受关注。为进一步提高电解水制氢效率,明确产业化发展方向,首先,对电解水制氢技术原理进行介绍,然后,对高效电解水制氢发展现状进行分析,并对电解水制氢技术优化策略进行详细探究。

电解水制氢技术的研究与进展

此次深入探讨了电解水制氢技术的特点、面临的挑战以及优化策略,分析了电解水制氢技术的能效比、技术路线的多样性以及系统集成与模块化设计的优势,随后探讨了技术发展中存在电解槽材料腐蚀、能源消耗与成本效益平衡难题以及市场应用与推广挑战等主要问题。并且从研发耐用且高效的电解槽材料、优化能源管理与降低系统成本、推动技术创新与产业化进程三个方面提出了电解水制氢技术的优化对策,通过综合分析旨在为电解水制氢技术的发展提供参考和指导。

电解水制氢标准体系研究与需求分析

碳达峰、碳中和目标愿景下,发展氢能产业是能源绿色低碳转型发展的重要途径。电解水制氢是近、中期清洁氢的重要来源,同时,也是解决可再生能源消纳的重要方式。我国电解水制氢产业即将进入快速发展期,为规范产业发展,现阶段亟需建立电解水制氢标准体系。基于我国氢能产业标准体系,结合电解水制氢技术水平和发展趋势,从材料与零部件、设备、系统、综合评价4个方面构建电解水制氢标准体系,标准体系涵盖15个技术领域,39个标准系列以及若干具体标准,详细分析各技术领域标准需求,为开展电解水制氢标准规划和制修订工作提供指导。

电解水制氢参与调频辅助服务的经济效益分析

作为氢能、电力及可再生能源之间的纽带,电解水制氢技术具有较强的灵活性。电解槽在生产氢气的同时可为电力系统提供调频辅助服务。为了分析电解水制氢参与调频辅助服务对制氢成本的影响,构建电解水制氢参与电力现货市场及调频辅助服务市场的运行策略模型,并结合生命周期视角分析电解水制氢参与调频辅助服务的经济效益。以美国宾夕法尼亚新泽西马里兰(Pennsylvania-New Jersey-Maryland,PJM)电力市场的历史数据为例进行模拟。结果显示,参与调频辅助服务可以使电解水制氢的平准化成本下降27%。

PEM电解水制氢膜电极涂布工艺

质子交换膜(PEM)电解水制氢用膜电极卷对卷连续涂布工艺是目前研究的热点,同时也是限制膜电极量产化及国产化的制约因素之一。基于国产膜电极的批量化制备,分析了目前卷对卷连续涂布工艺的系统,介绍了涂布设备的构成及基本原理。在涂布过程中,催化剂浆料是影响产品性能及均匀性的重要因素;介绍了涂布工艺中的缺陷问题及优化方向。从设备装置,浆料配制工艺,工艺参数调试等方面综合解决目前涂布工艺中的产品缺陷问题,减少批量化生产工艺中的质量缺陷和性能缺陷,提高生产效率的同时降低电解水制氢的成本。

风光耦合电解水制氢方案研究

在碳达峰、碳中和目标下,需找到一种可广泛应用的零碳排放终端能源。氢能不仅是无碳能源,而且是最环保的能源,采用电解水制氢技术,尤其是通过风电、光伏发电技术制氢,可以实现零碳排放。对可再生能源电解水制氢现状进行了介绍,并针对多种风光耦合电解水制氢方案进行了研究,展望了可再生能源电解水制氢的发展前景。研究结果显示:采用大规模以风电、光伏发电为主的耦合电解水制氢可以有效减少油气进口、化石能源应用,极大保障中国的能源安全。以期研究结果为合理搭建氢能生产系统提供借鉴。

基于混合整数线性规划的新能源电解水制氢项目容量配置优化建模

为指导电解水制氢设备在新能源发电项目中的容量配置,根据电解水制氢流程特点,考虑氢气用量的连续性和稳定性,建立基于混合整数规划的电解水制氢设备优化计算模型,并以全寿命周期成本最小为目标,对含风、光以及制氢负荷的新能源电解水制氢项目进行优化计算,求取制氢设备配置规模。通过在某项目仿真应用,证明所建模型的有效性和实用性。

新型高性能大产能电解水制氢装置的研究与应用

氢气来源广泛、热值高、清洁无碳,在未来很长一段时间内氢能将是我国重要的新能源。而在电解制氢领域中,碱性电解水制氢技术发展最为成熟,并且将会有着长足的发展空间。主要从电解槽关键材料的研究、极板关键零部件制备技术、轻量化端压板设计关键技术、AWE热管理系统设计关键技术等方面介绍了新型电解水制氢装置关键技术研究,并对市场发展前景、应用案例进行了分析展望。

中石化百千瓦级SOEC电解水制氢项目开工建设

3月20日,由中国石化(大连)石油化工研究院自主研发,中原油田承建的国内百千瓦级SOEC(固体氧化物电解水制氢项目)电解水制氢项目顺利开工。在中原油田油气加工技术服务中心园区内,工作人员正在对国内百千瓦级SOEC电解水制氢项目的核心装置进行吊装施工。据悉,这个项目是中国石化兆瓦级可再生电力电解水制氢示范项目的子课题,被立项为中国石化氢能技术重大科技项目,项目施工预期30天,试验周期60天。

Ceres Power技术授权! 台达正式进军电解水制氢及燃料电池市场

全球电源暨能源解决方案重要厂商台达1月18日宣布,与燃料电池发电及水电解制氢技术的英国头部上市公司Ceres Power Holdings plc(以下简称Ceres)的子公司Ceres Power Limited签订约4300万英镑的氢能源电池堆技术移转及授权合约,开启长期合作,结合台达全球出色的电力电子、控制、散热等关键技术,台达将开发完整的固体氧化物燃料电池系统(SOFC,Solid Oxide FuelCell)及固体氧化物水电解制氢系统(SOEC,Solid Oxide Electrolysis Cell),预计于2026年底开始生产,针对全球的微电网发电、化工、制氨、能源、交通载具、钢铁等相关产业提供高效率燃料电池及水电解制氢解决方案。

模糊内模控制在电解水制氢温度控制中的应用

[目的]为了改善传统比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制器对电解水制氢温度控制中过度依赖被控对象数学模型的问题,对模糊内模控制在电解水制氢温度控制中的应用进行了研究,并给出了模糊内模控制器的设计过程。[方法]首先分析了温度在电解水制氢过程中的重要性,列举了部分电解水制氢中常用的温度控制策略及优缺点;随后介绍了内模控制理论和模糊理论,并结合两种理论给出了模糊内模温度控制器的设计方法,用于实现电解水制氢温度的精确控制;最后进行了仿真验证实验。[结果]结果表明:采用的模糊内模控制方法相较于PID控制方法,在响应速度、抗干扰性和鲁棒性都有更好的控制品质,解决了传统PID控制器算法过度依赖被控对象数学模型的问题。[结论]文章所采用的控制算法正确并有效,可实际应用到电解水制氢的温度控制中。

电解水制氢技术及隔膜材料研究进展

本文对目前国内外制氢技术的研究现状及其发展趋势进行论述,对电解水制氢技术进行了重点分析;还对碱性水电解制氢的关键材料——聚合物隔膜的制备进行了讨论,并从多孔隔膜、离子溶剂化隔膜、阴离子交换膜等方面展开了论述。

电解水制氢的多物理场建模与监控技术综述

电解水制氢设备中存在电流、温度、流速等多个物理量以能量和物质双重耦合的形式分布于电解槽内,其高效运行离不开对内部多物理场的精确解析与协调控制。对电解水制氢设备中多物理场建模与调控技术进行了系统性综述,系统揭示了电解水制氢设备内传热、传质、气液两相流等多物理过程的耦合机理,并依次综述了各物理场的现有建模技术、研究瓶颈及发展趋势;同时,给电解槽施加磁场和光场可有效监测或调控其内部的多物理过程,分别介绍了外加光场的流场监测原理以及外加磁场的调控技术。最后,总结了电解水制氢设备内场建模与外场调控研究的关键技术与发展方向,以期为电解水制氢设备的多物理场研究的发展提供指导。

表面端基对MXene材料电解水制氢的影响

电解水制氢是获取绿色氢能、应对能源危机的途径之一。MXene材料因其优异的物理、化学性能,在提升电解水制氢效率方面极具应用潜力。介绍了MXene材料在电解水制氢方面的研究现状,综述了表面端基对MXene材料产氢性能的影响并对其发展趋势进行了展望。

电解水阳极析氧替代反应及高效催化剂研究进展

开发先进的电解水制氢技术,推动制氢产业规模化发展,是缓解当前能源危机和环境污染的有效途径.当前发展的电解水制氢技术存在析氧反应(OER)动力学缓慢、能耗高、O2附加值低、活性氧物种降解隔膜等问题,限制了电解水制氢的大规模应用.对电解水系统进行反应设计,以热力学上更易发生的阳极反应替代能垒较高的OER,降低过程能耗的同时,得到高附加值的氧化产品,具有显著的经济效益和发展潜力.本文系统综述了牺牲剂氧化反应(Sacrificial agent oxidation reaction,SAOR)和电化学合成反应(Electrochemical synthesis reaction,ESR)在OER替代研究中的最新进展,对这两大类替代反应进行了分类,重点讨论了它们的氧化机制、适用的非贵金属基催化剂及相应的调制策略.此外,对开发高性能催化剂助力低能耗混合电解水制氢系统可能面临的挑战和未来的发展方向进行了展望.