PEM及膜電極

PEM膜產(chǎn)品包括 杜邦公司 Nafion 系列膜、陶氏化學 Dow 系列膜、旭硝子株式會社 Flemion 系列膜、旭化成株式會社 Aciplex-S 系列膜、德山化學公司 Neosepta-F 等。Giner 公司研發(fā)的 DSMTM 膜已經(jīng)規(guī)?；a(chǎn)，相比 Nafion 膜具有更好的機械性能、更薄的厚度，在功率波動與啟停機過程中的尺寸穩(wěn)定性良好，實際電解池的應(yīng)用性能較優(yōu)。國產(chǎn) PEM 產(chǎn)品在試用階段。

PEM 電解水的陽極需要耐酸性環(huán)境腐蝕、耐高電位腐蝕，應(yīng)具有合適的孔洞結(jié)構(gòu)以便氣體和水通過。受限于 PEM 電解水的反應(yīng)條件，PEM 燃料電池中常用的膜電極材料（如碳材料）無法用于水電解陽極。3M 公司研發(fā)了納米結(jié)構(gòu)薄膜（NSTF）電極，陰陽兩極分別采用 Ir、Pt 催化劑，載量均為 0.25 mg/cm2 ；在酸性環(huán)境及高電位條件下可以穩(wěn)定工作，表面的棒狀陣列結(jié)構(gòu)有利于提高催化劑的表面分散性。Proton 公司采用直接噴霧沉積法來減少催化劑團聚現(xiàn)象，將載量 0.1 mg/cm2 的 Pt/C 和 Ir，載量 0.1 mg/cm2 的 IrO2 沉積在 Nafion117 膜上；單電解池的應(yīng)用性能與傳統(tǒng)高催化劑載量電解池相似（1.8 A·cm–2@2 V），在 2.3 V 電壓下穩(wěn)定工作 500 h。

電解槽成本中，雙極板約占48%，膜電極約占10%。當前PEM國際先進水平為：單電池性能為2 A·cm–2@2 V，總鉑系催化劑載量為 2~3 mg/cm2 ，穩(wěn)定運行時間為 6×104 ~8×104 h，制氫成本約為每千克氫氣 3.7 美元。降低 PEM 電解槽成本的研究集中在以催化劑、PEM 為基礎(chǔ)材料的膜電極，氣體擴散層，雙極板等核心組件。