PEM電解槽膜電極-陰陽極催化劑層復(fù)合催化劑

PEM電解槽膜電極-陰陽極催化劑層復(fù)合催化劑

PEM電解槽膜電極-陰陽極催化劑層復(fù)合催化劑

和堿性電解水制氫技術(shù)相比，PEM電解水制氫技術(shù)具有電流密度大、氫氣純度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

PEM電解槽的電流密度更大，通常在10000 A/m2以上。

PEM電解槽的產(chǎn)氫純度通常在99.99%左右。由于PEM電解槽使用純水作為電解原料，產(chǎn)生的氫氣中不會(huì)帶入堿霧，有利于提升氫氣品質(zhì)。

另外，質(zhì)子交換膜的氣體滲透率低，這有助于避免氫氣和氧氣的氣體交叉滲透現(xiàn)象。

PEM電解槽無需嚴(yán)格控制膜兩側(cè)壓力，具有快速啟動(dòng)停止和快速功率調(diào)節(jié)響應(yīng)的優(yōu)勢，適用于可再生能源發(fā)電波動(dòng)性輸入

PEM電解水制氫技術(shù)目前設(shè)備成本較高，PEM電解槽的單位成本仍然遠(yuǎn)高于堿性電解槽。

由于PEM電解槽需要在強(qiáng)酸性和高氧化性的工作環(huán)境下運(yùn)行，因此設(shè)備對(duì)于價(jià)格昂貴的貴金屬材料如銥、鉑、鈦等更為依賴，導(dǎo)致成本過高。

PEM電解水制氫技術(shù)基本成熟，進(jìn)入了商業(yè)化早期階段。

但PEM電解水制氫技術(shù)仍然存在成本高的問題，包括質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層與雙極板等關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步降低成本。

PEM電解槽內(nèi)的陽極材料需要在酸性環(huán)境下工作，環(huán)境條件非?？量?，所以需要耐腐蝕、耐強(qiáng)氧化環(huán)境，同時(shí)又能導(dǎo)電，且提高反應(yīng)速度的材料（特別注意金屬易被腐蝕,導(dǎo)致金屬離子浸出,污染膜電極）

(1)雙極板是pem電解水制氫設(shè)備的核心零部件,主要作用有支撐擴(kuò)散層、傳導(dǎo)氣體和冷卻水(同時(shí)作為反應(yīng)物)、傳遞電解電流和電堆產(chǎn)熱的傳導(dǎo)等（流暢直接直接影響性能）

(2)膜電極（membrane electrode assembly，MEA）是質(zhì)子交換膜電池的核心組成成分

分別由質(zhì)子交換膜（proton exchange membrane，PEM）、催化層（catalyst layer，CL）和擴(kuò)散層（gas diffusion layer，GDL）三部分組成。

(3)用于電解的陽極多孔傳輸層

電解（制氫）鈦多孔傳輸層，厚薄影響更低的氧化率、以及水汽穿透性。多孔鈦有多種尺寸和厚度，并且需要涂上催化劑，例如鉑，以提高導(dǎo)電性和抗氧化性。

鈦燒結(jié)多孔片，在確定陽極性能方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。為了用于高性能電解，我們建議薄鈦燒結(jié)體（孔隙率%40-70之間）、兼容的膜電極

(4)用于陰極氣體擴(kuò)散層特性

氣體擴(kuò)散層 (GDL) 是電化學(xué)過程的關(guān)鍵組件，在PEM電池中，多孔碳允許氣體和液體同時(shí)通過介質(zhì)傳輸，并為電子從反應(yīng)區(qū)移動(dòng)到集電器提供電氣路徑，

碳基 GDL不能在電解槽陽極上使用。陽極上的反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致碳降解。碳GDL將被消耗，導(dǎo)致陽極電催化劑和陽極流場或陽極集電器之間的電接觸不良，最終使電解槽完全停止運(yùn)行。

碳?xì)怏w擴(kuò)散層在電化學(xué)電池中發(fā)揮著非常重要的作用。其中一些功能包括，通過從催化劑層去除副產(chǎn)物水來防止溢流、在操作期間傳遞熱量、提供從流動(dòng)通道到催化劑層的氣體擴(kuò)散路徑以及機(jī)械增強(qiáng)MEA，

擴(kuò)散電極必須具備適當(dāng)?shù)氖杷?，一方面保證反應(yīng)氣體能夠順利經(jīng)過短的通道到達(dá)催化劑，另一方面確保生成的產(chǎn)物水能夠潤濕膜，同時(shí)多余的水可以排出防止阻塞氣體通道