與堿性水電解制氫相比，PEM水電解制氫工作電流密度更高（?1A/cm2），總體效率更高（74%~87%），氫氣體積分數(shù)更高（>99.99%），產氣壓力更高（3~4MPa），動態(tài)響應速度更快，能適應可再生能源發(fā)電的波動性，被認為是極具發(fā)展前景的水電解制氫技術。目前PEM水電解制氫技術已在加氫站現(xiàn)場制氫、風電等可再生能源電解水制氫、儲能等領域得到示范應用并逐步推廣。過去5年電解槽成本已下降了40%，但是投資和運行成本高仍然是PEM水電解制氫亟待解決的主要問題，這與目前析氧、析氫電催化劑只能選用貴金屬材料密切相關。為此降低催化劑與電解槽的材料成本，特別是陰、陽極電催化劑的貴金屬載量，提高電解槽的效率和壽命，是PEM水電解制氫技術發(fā)展的研究重點。對于負載催化劑，金屬-載體相互作用和基底的導電性至關重要。上海PEM電解水膜電極

SOEC制氫技術由于固體氧化物的壽命和制氫規(guī)模的限制，暫時未達到工業(yè)應用程度，但其制氫效率高，未來具有穩(wěn)定連續(xù)大規(guī)模制氫的潛力；ALK技術具備成本低、產氫規(guī)模大、技術成熟度高等優(yōu)點，是目前應用較廣的水電解制氫技術，但是存在負荷調節(jié)幅度小、啟動響應慢、需要堿液處理過程等缺點，特別不適合可再生能源電力波動性的特點，只能從電網取電制氫。陰離子交換膜（AEM）水電解、堿性水電解（ALK）以及高溫固體氧化物（SOEC）水電解等4種水電解制氫技術的性能對比。可知：在各種水電解制氫技術中，AEM技術成熟度低，目前還無法實現(xiàn)大規(guī)模應用，但是由于其不使用貴金屬催化劑，同時兼具PEM和ALK制氫的優(yōu)點，未來將會成為取代PEM制氫的替代技術。上海大電流電解水膜電極質子交換膜電解水作為氫燃料電池中心部件，其質量好壞直接影響電池的使用壽命。

質子交換膜水電解器(PEMWE)技術在可再生能源的電催化制氫方面受到關注。它具有立即響應、更高的質子電導率、更低的歐姆損耗和氣體交叉率的優(yōu)點。借助創(chuàng)新的實驗方法和先進的表征技術，在揭示酸性介質中動態(tài)OER的復雜性和開發(fā)高效穩(wěn)定的電催化劑方面取得了重要成果。本綜述重點介紹了在酸性介質中開發(fā)OER電催化劑的反應和降解機制以及較新進展。此外，還在設備層面討論了PEM水電解的進展。然而，所開發(fā)的催化劑及相關裝置的性能與工業(yè)應用仍有一定差距。

吸附氧化機理(AEM)和晶格氧反應機理(LOM)是在酸性介質中被認為較合理的兩種機理。催化劑通過哪一機理發(fā)生催化反應,選擇單位點還是雙位點途徑和材料本身的電子結構有著密切關系,結晶度好的氧化物幾乎沒有缺陷，傾向于采用AEM，在單個活性金屬位點上通過*OOH中間體，即所謂的酸堿途徑，或者在兩個相鄰的金屬位點上，通過*O中間體，即O-O直接耦合途徑.而在具有豐富氧空位的無定形金屬氧化物和一些具有高金屬氧共價的鈣鈦礦中，晶格氧機理發(fā)生在遭受水親核攻擊的單個活性氧位點或通過兩個相鄰反應晶格氧原子的直接耦合，產生的氧空位將被水分子或大量氧原子補充，同時由此產生的不飽和金屬位點更容易溶解,帶來催化劑穩(wěn)定性問題。為此降低貴金屬Pt、Pd載量，開發(fā)適應酸性環(huán)境的非貴金屬析氫催化劑成為研究熱點。

我國將氫能作為戰(zhàn)略能源技術，給予持續(xù)的政策支持，推動產業(yè)化進程。在政策、資金等多因素疊加催化下，近幾年國內加氫站等基礎設施、產業(yè)鏈關鍵技術與裝備得到發(fā)展，形成長三角、珠三角、京津冀等氫能產業(yè)熱點區(qū)域。水電解制氫是指水分子在直流電作用下被解離生成氧氣和氫氣，分別從電解槽陽極和陰極析出。根據(jù)電解槽隔膜材料的不同，通常將水電解制氫分為堿性水電解（AE）、質子交換膜電解水電解水（PEM）水電解以及高溫固體氧化物水電解（SOEC）。目前SOEC制氫技術仍處于實驗階段。膜電極中析氫、析氧電催化劑對整個水電解制氫反應十分重要。上海大電流電解水膜電極

應用推廣方面，當下電力系統(tǒng)中波動性可再生能源份額不斷上升，未來幾十年這一趨勢仍將延續(xù)。上海PEM電解水膜電極

與ALK技術對比，PEM水電解制氫技術啟停速度快、負荷波動范圍廣、產氫壓力高，尤其適合利用可再生能源電力（尤其是離網電力）制氫，是實現(xiàn)大規(guī)模水電解制氫應用較有效的方式之一。此外，它還可以實現(xiàn)對風電、水電、光伏電等電力能源的調峰運行和對棄電資源的充分利用，因而成為大規(guī)模、高效儲能的重要方式之一。氫氣比重小、擴散快，其導熱系數(shù)是空氣的８.4倍，因此常被用作發(fā)電機組的冷卻劑，可以大幅降低風摩擦損耗，對于1ＧＷ的發(fā)電機組，氫氣純度每提高1％，可以節(jié)約22８ｋＷ的能源。上海PEM電解水膜電極

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