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氢能源是清洁能源,随着我国环保的问题的日益显现,利用自然可再生水资源制氢是未来重要的方法。长久以来,对于降低电解水制氢的阳极析氧过电位的研究主要集中在电极材料的选择和电极表面修饰的问题上。如何科学、有效合理的选用适合的电极材料并配合相关技术手段进一步提高其活性,对大大的提高制氢效率、降低制氢成本有着至关重要的作用。研究新型的析氧型电极,选择适合的电极材料,提高电解水工艺中的电解效率,对于电解水制氢工业而言,无论从节能增效,还是从长远的解决能源短缺问题,都有着非常重要的实际意义。
电解槽目前通常采用***及铂铬合金、铂镍合金、金或金合金等。铂是长期以来被认为是氢好的催化剂,使用优化的电极制备工艺可以改善催化剂的析氢活性,增大表面及提高电极寿命。早期电解水制氢的阴极材料主要以Pt、Pd及其合金为主,这类金属合金虽然有很低的析氢过电位,单价格较昂贵。因此一些价格较廉价的合金,如镍基过渡元素合金,钛等其他过渡元素合金,在碱性电解水制氢方面均显示出良好的电催化活性。
电解水制氢主要分为 AWE、固体聚合物 PEM 水电解,固体聚合物阴离子交换膜(AEM)水电解、固体氧化物(SOE)水电解,相关特性对比见表 1。其中,AWE 是早工业化的水电解技术,已有数十年的应用经验,为成熟;PEM 电解水技术近年来产业化发展迅速,SOE 水电解技术处于初步阶段,而 AEM 水电解研究刚起步。从时间尺度上看,AWE 技术在解决近期可再生能源的消纳方面易于快速部署和应用;但从技术角度看,PEM 电解水技术的电流密度高、电解槽体积小、运行灵活、利于快速变载,与风电、光伏(发电的波动性和随机性较大)具有良好的匹配性。随着 PEM 电解槽的推广应用,其成本有望快速下降,必然是未来 5~10 a 的发展趋势。SOE、AEM 水电解的发展则取决于相关材料技术的突破情况。
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