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

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.