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质子交换膜水电解制氢阳极铱基催化剂的研究进展
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作者 黄婷 陈星雨 +3 位作者 许雪丽 黄涛 方延延 王功名 《西华大学学报(自然科学版)》 2025年第1期28-41,共14页
氢能作为一种清洁、高效、可再生的能源,在我国能源绿色低碳转型过程中具有重要的战略地位。质子交换膜水电解(PEMWE)制氢技术因其工作电流密度大、能量效率高以及动态响应快等优势,被认为是一种极具发展前景的制绿氢技术。然而,受限于... 氢能作为一种清洁、高效、可再生的能源,在我国能源绿色低碳转型过程中具有重要的战略地位。质子交换膜水电解(PEMWE)制氢技术因其工作电流密度大、能量效率高以及动态响应快等优势,被认为是一种极具发展前景的制绿氢技术。然而,受限于该系统核心组件之一阳极铱基催化剂的资源稀缺性和高昂成本,PEMWE在产业界仍难以得到大规模应用。针对这一问题,研究者们致力于探索兼具经济性和高效的铱基催化剂,实现PEMWE大规模应用时面临的降本增效问题。本文介绍了PEMWE制氢的基本原理、系统构成和相应功能,从金属型、氧化物型及负载型3个角度详细综述了铱基催化剂在PEMWE制氢阳极析氧反应中的应用现状,重点讨论形貌调控、结构设计和载体选择对催化性能的影响,并提出未来应致力于开发低铱载量且高活性和稳定性的催化剂。 展开更多
关键词 析氧反应 质子交换膜水电解 制绿氢技术 铱基催化剂 电极
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不同材料作为阳极扩散层对质子交换膜水电解池性能的影响 被引量:8
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作者 张萍俊 孙树成 +4 位作者 俞红梅 徐洪峰 邵志刚 刘锋 田博元 《可再生能源》 CAS 北大核心 2019年第10期1429-1433,共5页
文章分别选用钛毡、烧结钛板与碳纸作为阳极气体扩散层,组装单节质子交换膜水电解池,并进行极化曲线和稳定性测试,以及交流阻抗测试和物理表征。研究结果表明:在常压,60℃的条件下,钛毡具有最好的电解性能;在电流密度为2.0A/cm^2的稳定... 文章分别选用钛毡、烧结钛板与碳纸作为阳极气体扩散层,组装单节质子交换膜水电解池,并进行极化曲线和稳定性测试,以及交流阻抗测试和物理表征。研究结果表明:在常压,60℃的条件下,钛毡具有最好的电解性能;在电流密度为2.0A/cm^2的稳定性测试中,烧结钛板扩散层、钛毡扩散层和碳纸扩散层的衰减率分别为65,73,386mV/h;钛毡更适合作为质子交换膜水电解池的阳极扩散层。 展开更多
关键词 质子交换膜水电解 阳极扩散层 制氢
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煤炭制氢替代技术——质子交换膜水电解制氢技术及其衰减机理 被引量:6
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作者 宋洁 邓占锋 +4 位作者 徐桂芝 梁丹曦 彭笑东 赵雪莹 徐超 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期136-144,共9页
氢能作为一种零污染、高热值的二次能源,其高效生产和有效利用一直以来都是一个十分重要的课题。目前主流的制氢方式主要是煤炭的焦化和气化,然而,在煤炭的焦化产氢过程中会产生甲烷、一氧化碳等有毒气体,气化过程则会产生大量的二氧化... 氢能作为一种零污染、高热值的二次能源,其高效生产和有效利用一直以来都是一个十分重要的课题。目前主流的制氢方式主要是煤炭的焦化和气化,然而,在煤炭的焦化产氢过程中会产生甲烷、一氧化碳等有毒气体,气化过程则会产生大量的二氧化碳,2种煤制氢方式不仅产生的氢气纯度低而且对环境不友好。因此,寻求一种低碳环保、产氢效率/纯度高的制氢方式至关重要。质子交换膜(PEM)水电解制氢具备宽范围快速动态响应能力,在新能源消纳、高比例新能源电网功率动态平衡方面应用前景广阔。但波动电源制氢过程中启停、过载、快速大幅变载等工况会影响质子交换膜电解槽中的关键材料和传热传质过程,导致耐受性不足及性能衰减加剧,严重制约了PEM制氢的大规模推广。因此,亟需开展PEM电解槽衰减机理和失效机制分析,为研发适于波动工况输入的高性能、长寿命PEM制氢装置提供理论指导。主要从传统的煤炭制氢技术6及其弊端、(PEMWE)的基本原理和优缺点、PEM电解槽性能优化的发展现状、PEM电解槽中催化剂、质子交换膜、双极板的衰减机理及其缓解策略5个方面来进行阐述,指导未来PEMWE系统的性能和耐久性提升。 展开更多
关键词 煤炭制氢 质子交换膜水电解 IrO2颗粒 Pt颗粒 质子交换衰减机理
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质子交换膜水电解中气-液两相传输的模拟研究 被引量:2
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作者 李港 韩波 《新能源进展》 2022年第5期393-399,共7页
两相传输是影响质子交换膜水电解系统性能的关键因素。为掌握质子交换膜水电解单元中多孔扩散层内气液两相传输规律,基于数值重构的三维多孔扩散层结构,采用格子Boltzmann两相流动模型模拟研究了扩散层内两相传输过程,详细分析了扩散层... 两相传输是影响质子交换膜水电解系统性能的关键因素。为掌握质子交换膜水电解单元中多孔扩散层内气液两相传输规律,基于数值重构的三维多孔扩散层结构,采用格子Boltzmann两相流动模型模拟研究了扩散层内两相传输过程,详细分析了扩散层孔隙率和表面接触角对气泡传输与分布的影响。数值模拟结果表明:孔隙率减小会明显降低气体渗透率,从而导致气泡难以在扩散层内找到有效传输通道。接触角的增大不仅增加了气泡在界面堆积的风险,也减缓了气泡在孔隙内的传输速度。从孔隙尺度水平初步掌握了质子交换膜水电解单元多孔扩散层内两相传输规律,可为高性能水电解系统设计和优化提供理论支撑。 展开更多
关键词 质子交换膜水电解 多孔扩散层 两相传输 格子BOLTZMANN方法 多相流模型
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质子交换膜电解池阳极钛基气体扩散层研究进展
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作者 顾婷婷 张科 +4 位作者 张心周 刘阳 孙伟才 谭爱东 刘建国 《应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期365-376,共12页
气体扩散层在质子交换膜(PEM)水电解池中有着支撑膜组件、供给反应水、移除气体产物以及降低欧姆电阻的重要作用。PEM水电解池阳极区具有酸性、富氧且高电位的工作环境,对阳极区的气体扩散层具有严苛的要求。气体扩散层结构特性、导电... 气体扩散层在质子交换膜(PEM)水电解池中有着支撑膜组件、供给反应水、移除气体产物以及降低欧姆电阻的重要作用。PEM水电解池阳极区具有酸性、富氧且高电位的工作环境,对阳极区的气体扩散层具有严苛的要求。气体扩散层结构特性、导电性与耐腐蚀性是决定其电化学性能的关键。本文总结了可用于PEM电解池阳极气体扩散层的材料,简述了其结构特性对PEM电解池电化学性能的影响,分析了各种镀层材料在提高气体扩散层的导电性、耐腐蚀性以及电解池阳极氧析出反应(OER)性能方面的作用。最后,展望了气体扩散层在降低成本和提高电解池性能方面的研究趋势。 展开更多
关键词 质子交换膜水电解 阳极气体扩散层 多孔钛 镀层材料
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PEM水电解技术在航天上的应用现状与发展趋势 被引量:5
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作者 王飞 周抗寒 +2 位作者 管春磊 焦飞飞 黄武博 《上海航天(中英文)》 CSCD 2020年第2期23-29,共7页
介绍了质子交换膜(PEM)水电解技术的特点及其在国内外航天领域的应用现状,在分析空间任务的发展趋势,以及能源、动力、环境控制与生命保障系统需求变化的基础上,认为在未来载人航天任务中,能源、动力、生保物质互用的解决方法是摆脱依... 介绍了质子交换膜(PEM)水电解技术的特点及其在国内外航天领域的应用现状,在分析空间任务的发展趋势,以及能源、动力、环境控制与生命保障系统需求变化的基础上,认为在未来载人航天任务中,能源、动力、生保物质互用的解决方法是摆脱依赖地面支持、实现自主和可持续保障的最优途径,并指出了PEM水电解技术作为实现这一技术途径的关键环节所面临的挑战。 展开更多
关键词 质子交换(PEM)电解技术 航天 空间任务
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基于PEMWE的光伏氢能生产系统的性能分析 被引量:5
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作者 李春华 朱新坚 《可再生能源》 CAS 北大核心 2012年第9期6-10,共5页
提出了利用光伏电能通过质子交换膜水电解池(PEMWE)电解水制氢气的光伏氢能生产系统,实现光伏电能的长期能源存储,其主要元件包括光伏组件、PEMWE、氢气罐和氢气压缩机等。建立了各元件数学模型和系统效率模型,使用MATLAB搭建了基于PEMW... 提出了利用光伏电能通过质子交换膜水电解池(PEMWE)电解水制氢气的光伏氢能生产系统,实现光伏电能的长期能源存储,其主要元件包括光伏组件、PEMWE、氢气罐和氢气压缩机等。建立了各元件数学模型和系统效率模型,使用MATLAB搭建了基于PEMWE的光伏氢能生产系统的仿真模型,并对其运行性能进行了分析。仿真结果表明,PEMWE可以在变功率模式下将光伏电能转换为氢能,系统效率达70%左右。 展开更多
关键词 光伏组件 质子交换膜水电解 氢能 系统效率 仿真
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低铱酸性氧析出电催化剂的研究进展
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作者 倪静 施兆平 +5 位作者 王显 王意波 吴鸿翔 刘长鹏 葛君杰 邢巍 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期35-59,共25页
开发高性能、低成本的氧析出反应(OER)电催化剂是促进质子交换膜水电解(PEMWE)制氢规模化应用的关键。迄今为止,OER催化剂的最佳选项仍为贵金属铱(Ir),但其仍存在活性不足和储量稀缺的问题,进而增加了材料成本和电力成本。因此,开发低I... 开发高性能、低成本的氧析出反应(OER)电催化剂是促进质子交换膜水电解(PEMWE)制氢规模化应用的关键。迄今为止,OER催化剂的最佳选项仍为贵金属铱(Ir),但其仍存在活性不足和储量稀缺的问题,进而增加了材料成本和电力成本。因此,开发低Ir载量、高活性和稳定性间距,且能够满足PEMWE设备中大电流密度和长期运行要求的OER催化剂是十分必要的。这些目标的实现需要深入理解酸性OER机制、明晰材料设计方法,并建立可靠的性能评估指标(特别是对耐久性的评估)。综上,本文首先系统总结了目前被广泛接受的酸性OER活性表达机制(即吸附析出机制、晶格氧氧化机制和多活性中心机制)和失活机制(即活性物种溶解、晶相和形态演化、催化剂脱落和活性位点阻塞),为催化剂的微观结构设计提供指导。其次,我们讨论了最近报道的几类低铱OER催化剂,包括多金属合金氧化物、负载型催化剂、具有特殊空间结构的催化剂和单位点催化剂,并重点描述低Ir催化剂中的性能如何得以调控以及其中潜在的构效关系。随后,我们介绍了常用的催化剂稳定性评价指标、催化剂失活表征技术以及模拟PEMWE实际操作条件的催化剂寿命测试方法,希望为催化剂筛选提供依据。最后,针对未来可用于PEMWE体系的低铱OER催化剂的探索提出了一些可行建议。 展开更多
关键词 氧析出反应 质子交换膜水电解 低铱载量 活性稳定性机制 稳定性评估指标
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