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質子交換膜凈水機

來源: 發(fā)布時間:2023-06-23

區(qū)別于堿性水電解制氫氫健康,PEM水電解制氫選用具有良好化學穩(wěn)定性、質子傳導性、氣體分離性的全氟磺酸質子交換膜作為固體電解質替代石棉膜,能有效阻止電子傳遞,提高電解槽安全性。PEM水電解槽主要部件由內到外依次是質子交換膜、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端板等。其中擴散層、催化層與質子交換膜組成膜電極,是整個水電解槽物料傳輸以及電化學反應的主場所,膜電極特性與結構直接影響PEM水電解槽的性能和壽命。將可再生能源發(fā)電轉化為氫氣,可提高電力系統靈活性,正成為可再生能源發(fā)展和應用的重要方向。按照目前用量水平來計算,1GW級PEM電解槽的Ir用量為500千克。質子交換膜凈水機

除了降低催化劑貴金屬載量,提高催化劑活性和穩(wěn)定性外,氫健康膜電極制備工藝對降低電解系統成本,提高電解槽性能和壽命至關重要。根據催化層支撐體的不同,膜電極制備方法分為CCS法和CCM法。CCS法將催化劑活性組分直接涂覆在氣體擴散層,而CCM法則將催化劑活性組分直接涂覆在質子交換膜電解水電解水兩側,這是2種制作工藝較大的區(qū)別。與CCS法相比,CCM法催化劑利用率更高,大幅降低膜與催化層間的質子傳遞阻力,是膜電極制備的主流方法。在CCS法和CCM法基礎上,近年來新發(fā)展起來的電化學沉積法、超聲噴涂法以及轉印法成為研究熱點并具備應用潛力。新制備方法從多方向、多角度改進膜電極結構,克服傳統方法制備膜電極存在的催化層催化劑顆粒隨機堆放,氣體擴散層孔隙分布雜亂等結構缺陷,改善膜電極三相界面的傳質能力,提高貴金屬利用率,提升膜電極的電化學性能。誰能告知Giner怎樣測試質子交換膜從金屬穩(wěn)定性角度來講,其穩(wěn)定性由高到低的順序為Au>Pt>Ir>Ru>Os。

在未來前20年中因Ir使用壽命及裝置未到報廢時限等因素,PEM水電解裝置中Ir資源回收利用還沒有得到有效實施,因此對新Ir資源需求總量增長較快,到2045年Ir的需求量達到約1.5t?a,小于Ir的產量,因而供給可以滿足需求。在2045—2070年,新增PEM水電解裝置裝機容量不斷加大,同時Ir資源的回收利用量也不斷加大。由于Ir資源的回收利用,氫健康Ir資源的累計需求增長率增長幅度不斷減小,到2070年Ir的需求量為2t左右,增幅不大。因此,按照目前Ir的年產量,未來50年Ir供給可以滿足使用需求。

綜合活性和穩(wěn)定性等因素,目前工業(yè)上選用的PEM電解槽陽極催化劑以銥黑以及IrO2等為主。不同催化材料的陽極過電勢通常為200~500mV。在高電位、氧化、酸性環(huán)境下,PEM電解槽對陽極催化劑材料的要求極為苛刻,氫健康能滿足該要求的催化材料但限于某些貴金屬。通常,活性越高的金屬,其在水電解過程中越容易溶解,穩(wěn)定性越差。例如:從金屬活性角度來講,氫健康金屬活性由高到低的順序為Os>Ru>Ir>Pt>Au;但從金屬穩(wěn)定性角度來講,其穩(wěn)定性由高到低的順序為Au>Pt>Ir>Ru>Os。由于氫氣可以大規(guī)模長時間存儲,相對于其他儲能方式,在時間尺度和規(guī)模尺度上均有明顯優(yōu)勢。

氫氣比重小、擴散快,其導熱系數是空氣的8.4倍,因此常被用作發(fā)電機組的冷卻劑,可以大幅降低風摩擦損耗,對于1GW的發(fā)電機組,氫氣純度每提高1%,可以節(jié)約228kW的能源。與ALK技術對比,PEM水電解制氫技術啟停速度快、負荷波動范圍廣、產氫壓力高,尤其適合利用可再生能源電力(尤其是離網電力)制氫,是實現大規(guī)模水電解制氫應用較有效的方式之一。此外,氫健康它還可以實現對風電、水電、光伏電等電力能源的調峰運行和對棄電資源的充分利用,因而成為大規(guī)模、高效儲能的重要方式之一。在PEM水電解技術大規(guī)模應用后,陽極催化劑的成本占比會逐漸提升。誰能告知Giner怎樣測試質子交換膜

根據電解槽隔膜材料的不同,通常將水電解制氫分為堿性水電解以及高溫固體氧化物水電解(SOEC)。質子交換膜凈水機

質子交換膜(PEM)在氫燃料電池、電解水制氫氣等領域中所交換的陽離子為質子,氫健康又被稱為離子膜。質子交換膜處于有機氟化工產業(yè)鏈末端,其上游是有機氟化工的單體材料,下游是基于質子交換膜的氯堿工業(yè)、燃料電池、電解水、儲能電池等應用領域。目前產業(yè)化應用的均為全氟質子交換膜,質子交換膜使用的是全氟磺酸樹脂,離子膜使用全氟磺酸樹脂、全氟羧酸樹脂的復合膜。全氟磺酸樹脂具有強酸性,全氟羧酸樹脂具有弱酸性,更能夠適應氯堿工業(yè)中的堿性環(huán)境。盡管目前全氟磺酸PEM應用較普遍,但仍存在成本較高、尺寸穩(wěn)定性較差、溫度升高會降低質子傳導性的缺點。質子交換膜凈水機

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