SPEEK/PEI@ILs复合质子交换膜的制备及PEMWE性能

以磺化度为75%的磺化聚醚醚酮(SPEEK)为原料,加入聚醚酰亚胺(PEI)和离子液体(ILs)制备SPEEK/PEI@ILs酸碱复合膜用于质子交换膜电解水制氢(PEMWE)中.研究复合膜的吸水率、溶胀度、质子电导率、热稳定性和相应的PEMWE性能.结果表明,SPEEK/PEI@ILs复合膜与商业Nafion117膜相比,具有相近的质子电导率和溶胀度,说明PEI的加入,增强了复合膜的尺寸稳定性.将SPEEK/PEI@ILs复合膜制备成膜电极并测试PEMWE性能,1 A/cm²电流密度下槽电压为2.75 V,在0.5 A/cm²@1.96(±0.03)V条件下能稳定运行10 h.     

风光波动电源下质子交换膜电解水制氢技术发展与应用

发展具有波动性负荷跟随能力的质子交换膜（PEM）电解水技术，是实现可再生能源耦合电解水制氢、促进可再生能源消纳的有效途径。本文梳理了风电耦合制氢、光伏发电耦合制氢等可再生电力制氢场景，分析了可再生能源的波动特性；从风光波动电源对电解池影响显著、风光波动电源加速电解池部件衰减、风光波动电源模拟方式三方面，详细阐述了PEM电解水制氢的基本特性以及研究进展；进一步讨论了PEM电解槽技术研发、PEM电解槽制氢技术发展方向。在把握风光耦合制氢现状及经济性、明晰风光波动电源电解水制氢产业应用态势的基础上，提出了深化研究高效电解池的基础科学问题和核心部件、进一步降低制氢成本、开展风光耦合制氢优化布局和制度保障研究等发展建议，以期促进可再生能源制氢产业的高质量发展。     

电解制氢与氢储能

电解水制氢技术在直流电的作用下,将水分解为纯氢和纯氧。氢作为能源载体,可实现无碳能源的循环利用,可以将波动性的可再生能源电力通过"电–氢–电(或化工原料)"的方式加以高效利用,兼具绿色与高效的特点,为未来人类社会的能源转化利用提出了新的解决方案。本文基于氢储能的理念,介绍了电解制氢的技术特点,概括了国内外近期质子交换膜水电解技术的发展态势,分析了新型电解水技术的发展方向,并提出了我国未来发展电解制氢技术与氢储能的建议。     

阴离子交换膜离子传导率与耐碱稳定性研究进展

碱性膜电解水制氢和燃料电池技术是氢能产业链上的重要产氢和用氢技术。作为碱性膜电解槽及燃料电池的核心部件，阴离子交换膜承担着传递氢氧根离子、阻隔气体渗透、分隔正负两极的重要作用，决定着电化学过程效率和性能.现有阴离子交换膜的氢氧根传导率偏低和耐碱稳定性不高的问题严重制约着产氢和氢能转化效率.本文综述了近年来面向碱性膜电解水制氢和燃料电池应用的阴离子交换膜的发展动态，特别是在强化离子传导率、提高耐碱稳定性方面的方法和进展，以及膜材料化学组成和结构对膜性能的影响.     

TMSs催化剂用于电解水制氢技术的研究进展

氢能作为一种高能量密度、低分子质量以及无污染的绿色能源,未来有望替代传统能源。电解水制氢过程简单且是生产高纯度氢的重要方法,但水电解过程中反应动力学缓慢,严重影响电解水制氢的效率。过渡金属硫化物(TMSs)催化剂由于其低廉的价格和优异的电催化性能而成为研究重点。综述了TMSs催化剂最新研究成果和应用,以氢析出反应(HER)和氧析出反应(OER)的反应机理为出发点,通过电化学测试和电极表征的评估方法,重点介绍TMSs催化剂的制备方法及分析其在电催化水解制氢技术的研究进展。并针对TMSs催化材料面临的发展和问题进行讨论,为进一步提高TMSs的电解水制氢性能提供了崭新的思路。     

过渡金属磷化物用于电解水析氢反应的研究进展

氢能是一种很有发展前景的可替代化石燃料的清洁能源,电解水制氢技术是最有希望实现能源可持续发展和零排放的制氢途径,而设计开发储量丰富、成本低廉以及高效稳定的电催化剂是电解水高效制氢的关键。过渡金属磷化物(TMPs)作为一种非贵金属催化剂,因具有天然丰度高、成本低、导电性好以及催化性能稳定等优势,近年来被广泛应用于电解水析氢反应的研究领域。概述了电解水析氢反应机理,介绍了TMPs的制备方法、常见的改性方法及其在电解水析氢反应中的应用,总结了TMPs电催化剂目前所存在的问题和面临的挑战并对其进行了展望。     

煤气化制氢技术

氢将成为21世纪的一种重要的洁净能源。因而,制氢技术的发展受到了世界各国的高度重视。制氢技术通常分为两大类：一类是电解水制氢,需要消耗电能;另一类是从其它一次能源转化制氢,伴随有能量损失。从原料资源、能源利用效率以及技术经济等因素综合考虑,重视煤气化制氢技术对中国制氢技术的快速发展有非常重要的意义。介绍了中国煤气化制氢技术及其发展现状、市场前景、目前存在的问题以及相关的对策建议。     

绿电-氢能-多域应用耦合网络关键技术现状及展望

氢能作为一种绿色、零碳的二次能源,是能源转型发展的重要载体之一,已成为能源互联的重要媒介。可再生能源电解水制氢是未来制氢的主要途径,将促进能源结构调整与转型。然而我国氢能技术研发和产业应用尚处于初始阶段,氢能制备、储运、转换和应用产业链的各环节存在大量问题有待解决。分析了绿电制氢技术、氢气储运技术、氢能应用技术的发展现状,研究了绿电-氢能-多域应用典型场景和网络耦合集成关键技术,可为氢能制、储、用技术的结合和多域应用网络发展提供参考思路。     

利用太阳能制氢的方法及发展现状

发展清洁可再生能源是人类面临的巨大技术挑战,氢气作为一种理想的清洁能源,其制取及储运技术近年来都取得了很大进展。综述了利用太阳能分解水制氢的基本途径及发展现状,主要包括电解水制氢及人工模拟光合作用制氢、半导体光解水及其催化剂以及最有希望实现的高温热化学循环分解水制氢技术。     

基于电催化析氧反应的非贵金属催化剂研究进展

在全球变暖和能源危机的背景下，能源问题已成为全球各国战略安全的重要组成部分。氢能作为可持续的新型可再生清洁能源，对缓解全球性能源短缺具有重要意义。在众多制氢候选方案中，电解水制备氢气被认为是最可靠、最可行的途径之一。但在电解过程中，反应动力学极为迟缓的阳极析氧反应(Oxygen evolution reaction,OER)严重制约着整体反应效率。因此，开发成本相对低廉、催化剂性能优异、耐久性好的高效OER电催化剂，从而提高电解水制氢工艺技术的能源转换效果受到了广泛关注。本文首先简要阐述了析氧反应的反应机制及其性能的评价参数，接着对非贵金属催化剂的研究进行分类讨论，并列举了提高催化性能的策略和方法，最后对设计新型催化剂进行展望。     

面向绿氢生产的膜技术研究进展

与化石燃料制氢相比,绿氢具有原料可再生、生产过程碳排放低等优势.发展绿氢能够为双碳目标的实现贡献重要力量.本文介绍了绿氢的生产方法,包括光催化制氢、电解水制氢和生物质制氢等.膜具有选择透过性,在绿氢生产中发挥了重要作用.综述了膜在生产过程中的应用场景,包括电解水用膜和氢气分离膜等,讨论了绿氢生产用膜的研究进展和在绿氢生产中的应用现状,并针对存在的挑战进行了展望.     

推广天然气掺氢清洁燃料

正"推广天然气掺氢清洁燃料,将成为化石能源向氢能经济过渡、加速氢能产业发展的最可行方案,既缓解气荒,又大幅降低NOx等污染物排放,还为规模化氢能利用提供技术储备。"近日,西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室副主任陈斌对记者表示。"随着太阳能和生物质能制氢、核能制氢、分布式能源制氢、电解水制氢等技术的迅猛发展,未来氢     

基于电催化析氧反应的硫化物催化剂研究进展

氢能作为一种可燃烧的新型能源,凭借其清洁无污染等优点,被认为是人类从根本上解决能源与环境等全球性问题的理想替代能源.电解水是生产高纯度氢气的重要方法之一,也是现代清洁能源技术的重要组成部分.随着实际需求的不断增长,如何利用高效低耗的电催化剂来提升反应速率,已经成为当前新能源领域的研究重点之一.电解水反应由阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)两个半反应组成,其中HER反应相对容易进行;而相比于HER反应,OER反应动力学缓慢,是影响电解水效率的主要原因.为了提高电解水制氢的能量转化效率,高效OER电催化剂成为研究电解水制氢技术的关键因素.过渡金属催化剂由于其特殊的d轨道结构和在地球上丰富的储备量成为OER催化剂研究领域的热点,但是目前存在的主要问题是,与贵金属催化剂相比,过渡金属催化剂的催化活性较差.因此,发展一些高催化活性和高效稳定的电催化剂,成为该领域研究关注的重点.在过去的十余年间,硫化物、硒化物、磷化物和硼化物等非贵金属基OER电催化剂被大量研究并取得了长足的发展.在这些催化剂中,硫化物型电催化剂不仅具有成本优势,而且在析氧过电位、耐久性等方面正在接近甚至超越RuO2和IrO2等贵金属催化剂,颇具应用潜力.本文主要介绍了电解水析氧反应在不同电解质中的反应机理,从硫化物型OER电催化剂的物理化学性质入手,证实了硫化物型OER电催化剂在析氧反应中具有独特的优势,最后综述了有关硫化物型OER电催化剂在改进策略等方面的研究进展.     

聚苯并咪唑膜用于膜法酸碱两性电解水制氢研究

针对电解水制氢过程能耗过高的问题,提出膜法酸碱两性电解水过程。用隔膜将高浓度的酸碱电解液分隔,在酸性溶液中发生析氢反应,提高电化学反应活性,降低析氢过电位。该过程核心问题是阻止酸碱中和,限制对离子跨膜渗透.本文选择对离子体积较大的季铵碱作为碱溶液,分析酸碱种类、对离子体积与离子渗透的关系,探讨电解电流与酸碱种类、浓度、温度的关系.为了阻隔高浓度酸碱中和,使用聚苯并咪唑膜作为电解槽隔膜,经过酸或碱掺杂形成传导离子能力.初步验证了聚苯并咪唑膜在酸碱溶液中的稳定性,为发展膜法酸碱两性电解水制氢技术提供依据.     

质子交换膜燃料电池膜电极的结构优化

膜电极(membrane electrode assembly,MEA)是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的核心部件,为PEMFC提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所。为了实现燃料电池商业化目标,需要制备高功率密度、低Pt载量、耐久性好的MEA。在MEA中除了催化剂以外,各功能层结构、层与层之间的界面都对MEA的性能具有重要影响。传统方法(CCS法和CCM法)制备的MEA在结构上有很多缺陷,明显制约了Pt的利用率和系统传质能力。通过优化各功能层结构消除缺陷,将有利于进一步提升PEMFC综合性能。本文从传统MEA结构存在的问题出发,梳理了近年来关于催化层、质子交换膜和气体扩散层结构优化方面的文献,归纳总结了各先进结构的制备方法、构效关系以及优缺点,对未来高性能、低成本和长寿命的MEA的开发具有指导意义。     

双功能过渡金属化合物的构建与应用

氢能作为一种清洁能源,通过不可储存的可再生资源发电催化水分解制氢,被认为是解决能源和环境危机最有前景的技术之一。电解水反应必须使用高效催化剂降低析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的过电势,因此开发高效、廉价的HER-OER双功能催化剂具有简化整体系统和降低成本的优势。综述报道了近3年HER-OER双功能催化剂的最新发展,对几种主要类型的双功能全电解水催化剂的合成、催化活性、稳定性及增强活性的方法进行了详细讨论,并对双功能催化剂面临的挑战和发展方向进行了展望。     

二维碳化钼纳米材料的制备及其析氢催化性能研究

电解水制氢是目前重要的制氢技术之一,而经济、高效的析氢反应催化剂是这一技术实现工业化的关键之一。简要综述了近3年来二维(2D)碳化钼的主要制备方法及其对电催化性能的影响,并分析了现有制备方法的优势和不足,展望了新型二维碳化钼作为析氢催化材料在电解水中的应用前景。     

电化学刻蚀制备表面纳米多孔NiMoCu电解水析氢催化剂

电解水制氢是一项制取绿色氢能的重要技术,开发高催化活性的催化剂作为电极材料是当前的研究热点。电解水反应包括阴极的析氢反应和阳极的析氧反应,以Ni₇₄Mo₆Cu₂₀三元合金条带为前驱体,采用电化学脱合金技术制备了一种用于析氢反应的表面纳米多孔NiMoCu电解水析氢催化剂,并采用扫描式电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪等设备对材料的物理化学特性进行了表征。结果表明：所制备的纳米多孔NiMoCu电极材料在1mol/L KOH溶液中具有良好的析氢性能,仅需要90mV、227mV的过电位就能达到10mA/cm²、100mA/cm²的电流密度。     

二硫化钼用于电催化析氢反应的研究进展

<正>面对全球急剧上升的能源需求,利用电解水制取的氢气作为新型能源替代化石燃料,成为当今世界的研究热点。一方面,氢气的燃烧值高(142 351kJ/kg),是同质量下汽油的2.7倍,有望替代传统燃料(煤、石油和天然气等),解决全球性的能源危机;另一方面,氢气燃烧产物仅仅只有水,避免了环境污染和温室效应。电解水制氢~([1]),是利用电能将水电解,在阴极和阳极分别生成氢气和氧     

二硫化钼在电催化析氢反应中的应用进展

氢气因清洁和可再生等优点，被认为是一种具有发展前景的清洁能源，在未来替代传统化石燃料的可再生能源体系中具有重要地位。电化学分解水是一种高效且环境友好的制氢途径，在电解水制氢技术的发展中，高效电催化析氢催化剂的作用显得尤为重要。二硫化钼(MoS₂)具有较低的析氢吉布斯自由能及耐酸碱腐蚀等优点，因此，MoS₂作为高效的电催化析氢催化剂一直是研究热点。阐述了MoS₂的电催化析氢机理，综述了不同形貌MoS₂在电催化析氢中的应用，通过对MoS₂电催化剂进行改性来优化其催化活性。研究表明通过改善MoS₂边缘位点的催化活性、增加活性位点的数量等方法能够极大地改善MoS₂电化学析氢过程中的催化活性。