从教科书知识到工业前沿，PEM电解水技术关键资料最新综述！

功夫：2022-09-21 起源：Nano Research Energy

2022年9月8日，清华大学主办的高起点能源期刊Nano Research Energy?(https://www.sciopen.com/journal/2790-8119)青年编委、吉林大学无机合成与造备化学国度沉点尝试室邹晓新教授课题组颁发题为“Status and perspectives of key materials for PEM electrolyzer”的最新综述，该综述全面介绍了质子互换膜（PEM）电解槽一系列关键资料（蕴含质子互换膜、催化剂、膜电极、气体扩散层和双极板等）的最新钻研进展、存在问题和将来钻研方向。

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实现“碳达峰、碳中和”已上升为我国国度战术，成为今后较长时期内能源绿色低碳转型的总抓手�？稍偕茉捶⒌缦低绸詈螾EM电解水技术的路线（“绿电”+“绿氢”）被宽泛以为是实现“碳中和”的有力兵器之一。PEM电解槽选取质子互换膜传导质子，断绝析氢和析氧电极，拥有靠近零间距结构，体积紧凑（图1），使其拥有电流密度高（> 1 A/cm²）、氢气品质好（99.99%）、能量转换效能高、能耗低、运行靠得住等诸多利益，尤其是所拥有的高度矫捷性及优异的功率调节职能，十吩祯合风、光、水等可再生能源颠簸性。面对大规模亏损可再生能源与绿色造氢的沉大需要，国际上已形成PEM电解水技术竞争的热点，国际能源机构与大型公司正以前所未有的周到宽泛布局PEM电解水技术和利用。

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图1?四种电解槽结构示意图。(a) 碱性电解槽；(b) 质子互换膜电解槽；(c) 固体氧化物电解池；(d) 阴离子互换膜电解槽。

目前PEM电解槽的宽泛利用受到关键资料的限度。PEM电解槽的主题部件蕴含双极板、气体扩散层、质子互换膜以及阴极、阳极电催化剂（图2）。由于PEM电解槽氧化性和侵蚀性的工作环境，只有少数贵金属基电催化剂（通常为Pt和IrO₂作为阴极和阳极催化剂）能力在这样的工况环境下，阐发出合理的催化活性和不变性。其次，双极板和气体扩散层通常以钛基资料为主，还必要铂、金等贵金属�；ば酝坎�。此表，作为固体电解质的PEM通常使用昂贵的Nafion型膜。这些高成本的关键资料使得PEM电解槽造氢成本很高，火急必要改革电解槽关键资料，提高电解水的效能，降低造氢成本。

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图2?PEM电解槽的堆芯结构以及关键资料。

该文章首先介绍了PEM电解槽中的热力学和动力学根基概想，并描述了有关的能量损失（蕴含热力学过电势，活化、欧姆以及质量输运等动力学过电势）；而后综述了PEM电解槽中的质子互换膜、电催化剂、膜电极、气体扩散层和双极板等一系列关键部件的钻研进展及其失活/不变机造；最后提出了PEM电解槽中各部件的将来钻研方向（图3），蕴含开发低铂的阴极催化剂和低铱的阳极催化剂，加强质子互换膜的化学、机械和热机能，优化膜电极的造备工艺，调整气体扩散层的孔结构和尺寸，改进双极板的涂层造备工艺以及流场设计等。

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图3?PEM电解槽关键资料的将来钻研方向。

有关论文信息：

Zhang, K. X.; Liang, X.; Wang, L. N.; Sun, K.; Wang, Y. N.; Xie, Z. B.; Wu, Q. N.; Bai, X. Y.; Hamdy, M. S.; Chen, H.; Zou, X. X. Status and perspectives of key materials for PEM electrolyzer.?Nano Res. Energy?2022, 1: e9120032. DOI: 10.26599/NRE.2022.9120032.?https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120032

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