與堿性水電解制氫相比，PEM水電解制氫工作電流密度更高（?1A/cm2），總體效率更高（74%~87%），氫氣體積分數更高（>99.99%），產氣壓力更高（3~4MPa），動態響應速度更快，能適應可再生能源發電的波動性，被認為是極具發展前景的水電解制氫技術。目前PEM水電解制氫技術已在加氫站現場制氫、風電等可再生能源電解水制氫、儲能等領域得到示范應用并逐步推廣。過去5年電解槽成本已下降了40%，但是投資和運行成本高仍然是PEM水電解制氫亟待解決的主要問題，這與目前析氧、析氫電催化劑只能選用貴金屬材料密切相關。為此降低催化劑與電解槽的材料成本，特別是陰、陽極電催化劑的貴金屬載量，提高電解槽的效率和壽命，是PEM水電解制氫技術發展的研究重點。水電解制氫是否屬于清潔氫，要根據電網電力的種類來判斷。江蘇MW級電解水先進公司

堿性水電解制氫電解槽隔膜主要由石棉組成，起分離氣體的作用。陰極、陽極主要由金屬合金組成，如Ni-Mo合金等，分解水產生氫氣和氧氣。工業上堿性水電解槽的電解液通常采用KOH溶液，質量分數20%~30%，電解槽操作溫度70~80℃，工作電流密度約0.25A/cm2，產生氣體壓力0.1~3.0MPa，總體效率62%~82%。堿性水電解制氫技術成熟，投資、運行成本低，但存在堿液流失、腐蝕、能耗高等問題。水電解槽制氫設備開發是國內外堿性水電解制氫研究熱點。可再生能源加速發展使得大規模消納可再生能源成為突出問題。河北全氟磺酸電解水制作系統堿性電解水技術較為成熟，但無法快速調節制氫速度，與可再生能源適配性較差。

為此降低貴金屬Pt、Pd載量，開發適應酸性環境的非貴金屬析氫催化劑成為研究熱點。膜電極中析氫、析氧電催化劑對整個水電解制氫反應十分重要。理想電催化劑應具有抗腐蝕性、良好的比表面積、氣孔率、催化活性、電子導電性、電化學穩定性以及成本低廉、環境友好等特征。陰極析氫電催化劑處于強酸性工作環境，易發生腐蝕、團聚、流失等問題，為保證電解槽性能和壽命，析氫催化劑材料選擇耐腐蝕的Pt、Pd貴金屬及其合金為主。現有商業化析氫催化劑Pt載量為0.4~0.6mg/cm2，貴金屬材料成本高，阻礙PEM水電解制氫技術快速推廣應用。

作為水電解槽膜電極的中心部件，質子交換膜電解水電解水不但傳導質子，隔離氫氣和氧氣，而且還為催化劑提供支撐，其性能的好壞直接決定水電解槽的性能和使用壽命。長期被國外少數廠家壟斷，質子交換膜電解水電解水價格高達幾百~幾千美元/m2。為降低膜成本，提高膜性能，國內外重點攻關改性全氟磺酸質子交換膜電解水電解水、有機/無機納米復合質子交換膜電解水電解水和無氟質子交換膜電解水電解水。全氟磺酸膜改性研究聚焦聚合物改性、膜表面刻蝕改性以及膜表面貴金屬催化劑沉積3種途徑。通過引入無機組分制備有機/無機納米復合質子交換膜電解水電解水，使其兼具有機膜柔韌性和無機膜良好熱性能、化學穩定性和力學性能，成為近幾年的研究熱點。通常，活性越高的金屬，其在水電解過程中越容易溶解，穩定性越差。

隨著可再生能源發電裝機容量不斷上升、比例不斷增加、可再生能源電力價格不斷下降；同時，結合碳稅、碳交易等利好政策，水電解制氫的經濟性將明顯提高；而且，利用可再生能源電力的水電解制氫具備幾乎碳零排放的優勢，因此在各種制氫方式中，水電解制氫的占比將大幅提升，成為實現“雙碳”目標的重要抓手。現階段，CO2捕集、封存技術（CCS）和CO2捕集、利用、封存技術（CCUS）因成本過高，暫時不具備經濟性。而為了實現“碳達峰”和“碳中和”目標，未來以化石能源制氫的方式勢必要受到限制或部分被清潔制氫方式取代。所開發的催化劑及相關器件的性能與工業應用之間仍存在一定的差距。河北風能電解水制作系統

析氧反應（OER）在水分解，CO2還原和可再生電燃料電池等各種電化學系統的陽極反應中起著關鍵作用。江蘇MW級電解水先進公司

吸附氧化機理(AEM)和晶格氧反應機理(LOM)是在酸性介質中被認為較合理的兩種機理。催化劑通過哪一機理發生催化反應,選擇單位點還是雙位點途徑和材料本身的電子結構有著密切關系,結晶度好的氧化物幾乎沒有缺陷，傾向于采用AEM，在單個活性金屬位點上通過*OOH中間體，即所謂的酸堿途徑，或者在兩個相鄰的金屬位點上，通過*O中間體，即O-O直接耦合途徑.而在具有豐富氧空位的無定形金屬氧化物和一些具有高金屬氧共價的鈣鈦礦中，晶格氧機理發生在遭受水親核攻擊的單個活性氧位點或通過兩個相鄰反應晶格氧原子的直接耦合，產生的氧空位將被水分子或大量氧原子補充，同時由此產生的不飽和金屬位點更容易溶解,帶來催化劑穩定性問題。江蘇MW級電解水先進公司

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