离子污染对质子交换膜电解制氢的影响研究进展

质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)电解制氢运行灵活,具有优异的可再生能源波动适应性,是极具发展前景的绿色制氢技术。然而,在实际PEM电解制氢运行过程中,可能存在离子污染,对PEM电解堆的性能以及运行寿命产生很大影响。为此,首先分析了离子污染的来源,一方面来自水中的残余金属阳离子,如Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)等,另一方面来自电解堆内部关键材料和系统水循环管路因化学或电化学腐蚀产生的痕量金属离子,如Fe^(3+)、Cu^(2+)、Ni^(2+)等;然后综述了不同离子污染对电解性能的影响,包括欧姆过电位、阴极反应过电位与阳极反应过电位;最后,综述了离子污染缓解策略,即如何避免规模化电解制氢过程中杂质离子污染带来的能效和成本问题。

差压式质子交换膜电解制氢技术研究进展

差压式质子交换膜(PEM)电解制氢技术是国际上电解制氢的研究热点,是适合可再生能源制氢的先进技术。综述了差压式制氢与常压制氢以及均压式制氢相比所具有的优势。以差压式制氢结合机械压缩的模式对外高压供氢,从综合效率最优角度,综述了差压式制氢最优压力的选择。针对差压式制氢存在氢气渗透影响运行安全与效率的问题,从质子交换膜抑制氢渗透改性、在氧侧增加催化手段两个方面综述了氢气渗透的缓解策略。

质子交换膜电解制氢系统建模研究综述

质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)电解制氢技术因其快速响应、宽功率范围动态可调优势和良好的波动适应性,可作为灵活调节资源,支撑电网供需双侧动态匹配,提高新能源利用率。从单电解池/槽模型入手,涵盖配套辅机,基于水、热、电、气四个方面,总结分析了国内外电解制氢系统的建模方法及研究进展,阐述各模型的适用条件及参数的选取依据,并对PEM制氢系统的改进方向进行展望。通过建模仿真可以明晰电解制氢系统动静态性能规律与行为特性,有效地支撑系统的设计、运行及控制优化。所进行的研究综述对PEM电解制氢系统的模型建立、开发研究及仿真分析有一定的理论价值与指导意义。

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。

质子交换膜电解水制氢阳极析氧反应催化剂的研究进展

氢气被认为是一种清洁的能源载体。作为应对全球能源挑战的潜在解决方案,各类可再生能源制氢工艺已受到广泛关注。质子交换膜(PEM)电解水技术具有启动和功率调节迅速的优点,是目前唯一可以耦合可再生能源发电制备高纯度氢气的技术。催化剂是PEM电解水反应的关键材料,尤其是阳极侧的析氧催化剂。本文首先回顾了4类主流的电解水制氢技术,随后概述了铱基和钌基电催化剂在酸性析氧反应中的最新研究进展,特别强调了对活性/稳定性增强策略的讨论。最后,总结了该领域存在的问题和所面临的挑战,并对未来的研究方向做出了展望。

电解水制氢技术研究进展与发展建议

随着日益增长的低碳减排需求,氢的绿色制取技术受到广泛重视,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最低的工艺。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。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;氢送入天然气管网,然后在用氢端从天然气管道取气、重整制氢,由此构成绿色制氢与长距离输送的系统解决方案。

碳中和目标下电解水制氢关键技术及价格平准化分析

随着低碳清洁氢发展成为全球共识,各国制氢技术路线均立足本地氢源潜力和未来氢能产业需求,呈现低碳氢、清洁氢到可再生氢的梯次发展趋势。电解水制氢技术的发展是低碳清洁氢气供给的突破口。该文首先对电解水制氢技术进行综述,介绍包括美国、日本、欧洲等国家电解水制氢技术路线图和技术指标目标;然后深入分析国内电解水技术发展现状,并与国外技术水平进行了差距量化对标,在此基础上提出我国电解水制氢潜在的技术路线;最后分析目前中国平准化低碳清洁氢成本,并且对中国2020~2050年平准化低碳清洁氢成本进行了预测。降低低碳清洁氢气平准化价格,需要从技术、商业模式创新等多方面协同发力,从而发挥其在能源转型及深度脱碳方面的作用。

贵金属在氢能领域的应用现状与发展前景

双碳目标的确立为清洁能源发展提供了长期的机遇与挑战,培育发展氢能产业是应对全球气候变暖、保障国家能源安全的重要战略路径与有效措施。贵金属铂、铱因其优异的催化活性与耐久性,在质子交换膜电解水制氢与燃料电池中暂时具有不可替代的催化作用。绿氢制备与应用行业的蓬勃发展为贵金属产业开拓新产品注入了新的活力,但贵金属有限的资源供给是制约氢能发展的潜在问题。通过整理贵金属在氢能领域的应用现状与发展前景,为后期氢能领域的持续发展提供指导意义。

有序化析氧电极的制备与性能

作为质子交换膜(PEM)电解水制氢技术的核心部件,析氧电极决定了水电解池的能耗、效率和使用寿命。采用阳极极化法制备TiO_(x)纳米管阵列(A-Ti),再通过热解法负载IrO_(2)获得有序化析氧电极(IrO_(2)/A-Ti)。在水电解池中测试评估时,IrO_(2)/A-Ti电极可实现更高的电流密度,约3.5 A/cm^(2);而未处理电极(IrO_(2)/N-Ti)在电流密度为0.8 A/cm^(2)时,即出现明显的浓差极化。IrO_(2)/A-Ti电极较好的电化学性能,可归因于电催化多活性界面的反应动力学更快,活性组分的分散性更好。

氢储能综合利用电站设计

将某氢储能综合利用电站项目作为研究对象,介绍了纯水通过质子交换膜电解槽电解制取氢气和氧气,制取的氢气通过压缩机存储在高压氢瓶内,在需要使用的时候通过燃料电池热电联供系统,把氢气转换成电能和热能。试验计算结果表明,从“电-氢-电、热”能量转换过程中,系统的效率可以达到65.97%,从“电-氢-电”的系统效率可以达到35.56%。