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          研究PEM電解水制氫技術與應用進展

          2022-10-31 13:46:39

          PEM電解槽作為電解水槽膜電極的核心部件,質子交換膜不僅傳導質子,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電解水槽的性能和使用壽命。

          電解水制氫

          長期被國外少數廠家壟斷,質子交換膜價格高達幾百~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、有機/無機納米復合質子交換膜和無氟質子交換膜。

          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,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。另外選用聚芳醚酮和聚砜等廉價材料制備無氟質子交換膜,也是質子交換膜的發展趨勢。

          相比陰極,陽極極化更突出,是影響PEM電解水制氫效率的重要因素??量痰膹娧趸原h境使得陽極析氧電催化劑只能選用耐腐蝕的Ir、Ru等少數貴金屬或其氧化物作為催化劑材料,其中RuO2和IrO2對析氧反應催化活性好。相比RuO2,IrO2催化活性稍弱,但穩定性很好,且價格比Pt便宜,成為析氧催化劑的主要材料,通常PEM電解槽Ir用量高于2mg/cm2。

          與析氫催化劑相似,開發在酸性、高析氧電位下耐腐蝕、高催化活性非貴金屬材料,降低貴金屬載量是研究重點。復合氧化物催化劑、合金類催化劑和載體支撐型催化劑是析氧催化劑的研究熱點?;赗uO2摻入Ir、Ta、Mo、Ce、Mn、Co等元素形成二元及多元復合氧化物催化劑,可提高催化劑活性和穩定性。PtIr和PtRu合金是應用較多的合金類析氧電催化劑,但高析氧電位和富氧環境使得合金類催化劑易被腐蝕溶解而失活。使用載體可減少貴金屬用量,增加催化劑活性比表面積,提高催化劑機械強度和化學穩定性,已被研究載體材料主要是穩定性良好的過渡金屬氧化物,如TiO2、Ta2O5等材料,以及改性的過渡金屬氧化物,如Nb摻雜的TiO2、Sb摻雜的SnO2等,也成為研究應用的重點。

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