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碱性电解水制氢用隔膜和膜的研究发展综述

科泰催化  · 公众号  ·  · 2024-06-12 11:05
    

主要观点总结

文章介绍了水电解工艺的发展历史,以及膜在水电解中的应用。文章讨论了传统碱性水电解系统的问题,以及质子交换膜(PEM)水电解槽和高腐蚀性、酸性环境的挑战。同时介绍了化学稳定的全氟化Nafion膜的商业化对水电解工艺发展的影响。文章还探讨了化学稳定的阴离子交换膜(AEM)水电解技术的优势,以及AEM的碱性稳定性问题。文章指出,随着AEM的稳定性和寿命的提高,未来的水电解系统可能会更加倾向于使用AEM。此外,文章还介绍了与水电解相关的科研进展和文献综述。

关键观点总结

关键观点1: 水电解工艺发展及膜的应用

文章追溯了水电解工艺的发展历史,介绍了膜在水电解中的应用。从20世纪60年代开始,化学稳定的全氟化Nafion膜的商业化推动了质子交换膜(PEM)水电解槽的发展。

关键观点2: PEM水电解槽的挑战

PEM水电解槽面临高腐蚀性、酸性环境的问题,需要铂基催化剂进行析氢反应和铱基催化剂进行析氧反应。此外,高电池电压会导致腐蚀和低能效,缩短电解槽系统的使用寿命。

关键观点3: AEM水电解技术的优势及挑战

AEM水电解技术使用薄的AEM作为隔膜,可以使用纯水或低碱性的进料溶液。这种技术可以使用多种非贵金属催化剂,并具有允许使用差压和低的电阻的优势。然而,AEM的碱性稳定性较低,需要进一步提高。

关键观点4: 文献综述和科研进展

文章提供了关于水电解和相关研究的文献综述,包括与碱性系统催化剂研究相关的出版物数量增长趋势,电极分离器(隔膜)对未来系统的影响,以及AEM WE的研究方向。此外,文章还讨论了未来的水电解系统可能使用的KOH浓度范围,以及AEM的稳定性提高和性能改善。


文章预览

《氢眼所见》:有缘可添加微信“13480834343” 下面简单从电解槽的发展历史来看带入膜的发展背景。 水电解(WE)作为一种工业规模的工艺至少可以追溯到20世纪20年代,通常基于碱性系统,其中廉价的镍基电极由多孔隔膜分开,并使用>20 wt %的KOH溶液作为进料电解质。缺点是这些系统的生产率低,只能在一个狭窄的电流范围内工作。特别是当电流密度降低时,氢气交叉会很严重,出于安全原因,需要将氢氧含量保持在2%以下,以远远低于大约4%的爆炸极限。在较高的电流密度下,交叉的氢气被产生的氧气稀释,系统可以安全运行。然而,在非常高的电流密度下,高电池电压会导致腐蚀和低能效,从而缩短电解槽系统的使用寿命。从20世纪60年代开始,化学稳定的全氟化Nafion膜的商业化使质子交换膜(PEM) WE得以发展,它具有致密的膜和较低的电池电阻。因 ………………………………

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