【成果推荐】质子交换膜水电解制氢（PTH）储能关键技术
原创 科技产业网 9月1日

成果名称：质子交换膜水电解制氢（PTH）储能关键技术
交易信息：股权投资，技术服务，许可使用，合作开发
成果信息：
1. 应用领域：新材料
2. 技术领域：新材料及应用
3. 技术成熟度：通过小试
4. 联系人：科技产业网

成果简介
随着可再生能源发电的快速发展，弃电量将持续大幅增长，为了减少可再生能源发电系统随机性、间歇性、波动性等非稳定性特点对电网的冲击，可再生能电力电解水制氢（PTH）及其绿色转换利用为可再生能源电力储能提供了前景广阔的解决途径，氢气可经燃料电池发电回馈电网，或绿色转换为合成燃料和化学品。开发新型催化剂和质子交换膜等材料，降低贵金属消耗量及其成本是可再生能源电解制氢技术的工程化、商业化的关键。近年来我所在国家、广东省科技项目的支持下，针对水电解器的关键核心部件催化剂与膜电极的效率、成本和批量制备技术进行了攻关。

1）阳极催化剂以掺杂型过渡金属氧化物为载体，负载混合价态的铱钌金属及氧化物(IrOx(OH)y)构建复合催化剂，获得高活性、高稳定性的析氧催化剂并降低了贵金属用量及其成本。在合成过程中采用湿化学法及热处理工艺，因此具备批量生产的优势。
2）针对聚合物膜的化学稳定性这一严重制约水电解器的耐久性的难题，采用新型的非碳析氢催化电极取代原有的碳载铂阴极，大幅降低膜的化学降解速率；采用膜内氢氧复合技术减少膜内气体互窜，降低电极中羟基自由基生成量，协同提升膜的化学稳定性。同时质子交换膜改性工艺针对成品膜材料通过浸渍还原路线进行合成，操作温度低于膜的玻璃态转变温度，其基本物理性质得以保留。
3）膜电极的溶胀喷涂制备技术工艺优化了传统喷涂法。利用该技术为可再生能源电力提供了高效、稳定的多元化转换与利用途径，具有可观的经济和社会效益。

主要技术性能与指标：
（1）掺杂型过渡金属氧化物负载铱氧化物。已将铱的质量比活性提高 1200-1500A/g@η=0.37V。 （2）有序铱氧化物催化剂。制备的中空氧化铱纳米棒阵列，实现阵列长度（0.4-2 微米）与管径（30-200 纳米）可调，质量比活性为传统 CCM 电极的 20 倍。 （3）聚合物膜化学降解研究。开发的非碳析氢电极活性与碳载铂电极相当，但膜降解速率降至 1/18。 （4）膜电极制备及电堆。开发的溶胀喷涂技术反应界面增大 10%以 上，在 80℃时，1A/cm2下连续运行 2500 小时，电解单槽衰减率低于 30 μV/h，氢气、氧气纯度均可达到 99.99%以上。 （5）太阳能光伏直接耦合水电解器制氢系统。从实际太阳光到氢气的系统实验效率已达 9%，近期可望达到 15。

技术特点：
（1）高效率、成本下降。本项目开发的催化剂大大降低了贵金属用量,在保持高活性的同时降低了成本； （2）长寿命与高稳定性。新型的非碳析氢催化电极取代原有的碳载铂阴极以及膜内氢氧复合技术协同提升聚合物膜的化学稳定性； （3）氢气、氧气纯度高。氢气、氧气纯度均可达到 99.99%以上； （4）所开发的催化剂、膜电极生产技术适合批量生产。在实验室研究和制备基础上，可轻松实现工艺的放大和批量制备，满足工业化生产的需要。

适用范围：
本技术应用范围广，根据用户不同需要可提供：
（1）小型水电解装置，为实验室、医院、电子等行业提供高纯度氢气、氧气； （2）分布式制氢装置，可以满足未来燃料电池汽车的加氢站等； （3）氢储能系统。针对我国大量过剩的电量或不能上网的电力问题，将其转化氢气储存可经燃料电池发电回馈电网，或绿色转换为合成燃料和化学品，是一种非常有前景的氢储能技术，本技术可为该系统提供全套技术解决方案。
已具备的推广应用条件：
（1）已建成多套 10W 和 200W 小型电堆集成； （2）具备拥有了完整的 PEM 水电解器制造与测试平台及电化学综合测试系统； （3）可提供催化剂、聚合物膜和电极等产品的展示及测试数据； （4）拥有全套独立的自主知识产权。