PEM水电解等制氢法相关的贵金属解决方案
碱性水电解和固体氧化物电解是两种替代制氢技术，而质子交换膜（PEM）水电解制氢越来越受到关注。这种制氢技术将在人类社会向氢经济转型过程中发挥重要作用。
由于其出色的动态响应能力，PEM水电解制氢是储存过剩可再生能源的理想解决方案。此外，与碱性水电解制氢相比，高电流密度的优势使其能够通过更小的装置产生更多的氢气。得益于氢气的高压出口，PEM水电解制氢技术可直接用于加油站。
通过PEM电解水制取绿氢这一技术路线非常适合可再生能源的储存、运输和部署。扩大绿氢生产规模和降低成本是减少全球二氧化碳排放的重要途径。
贺利氏的产品组合包括具有不同贵金属负载量的水电解制氢催化剂
为了找到满足您需求的解决方案，我们能够在设备齐全的现场实验室和测试中心进行实测。
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催化剂 |
铱黑 |
氧化铱 |
新一代低铱负载催化剂 |
铱钌合金催化剂 |
|---|---|---|---|---|
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姓名 |
H2EL-Ir |
H2EL-IrO |
H2EL-xxIrO-S |
H2El-xxIrRuO |
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主要特点 |
高金属纯度 |
高比表面积材料 |
低铱含量载体材料 |
低铱含量 – Ir-Ru混合金属氧化物块材 |
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关键性能 |
高活性、稳定 |
高活性、高稳定性 |
优异的活性与材料利用率 |
优异的活性与材料利用率 |
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BET 高比表面积 [m2/g] |
21 - 25 |
> 180 |
20 – 150** |
120 – 200** |
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质量活性（1.45 Vcell (iR-free)* [A/g]） |
~ 79 |
~ 86 |
~ 450 - 570** |
~ 330 - 3800** |
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通过开发显著降低贵金属负载量的PEM水电解制氢催化剂，我们实现了突破性的创新。
H2-EL-xxIrO-S 是一种低负载型催化剂，与早期产品相比，可将催化剂性能提高三倍，同时将 CCM 中的贵金属负载量降低 50-90%。
贺利氏的最新创新产品是基于钌的催化剂，用于质子交换膜(PEM)水电解。除铱外，钌还能催化析氧反应（OER），这是 PEM 电解的关键部分。钌具有优于铱的催化活性，然而，与铱相比，钌在PEM电解槽的复杂条件下缺乏稳定性。
贺利氏提出的新理念解决了这一问题，通过一种新颖的方式将钌和氧化铱结合在一起，在保持钌催化活性提高的同时，还增强了稳定性。
这种钌-氧化铱材料带来了前所未有的活性提升。该催化剂的质量活性比氧化铱高出 50 倍，而且与单独的氧化钌不同，能够在操作条件下保持稳定。加速老化试验证实了这种新型催化剂在30000次循环后的稳定性，其活性损失明显低于氧化钌，与氧化铱相当。
节铱催化剂的应用将是氢气增产的一个重要因素。
铱是一种稀缺金属，初级材料的开采依赖于铂金的开采。铱每年的开采量只有9公吨左右，而这一数量已被用于现有应用中。根据假设，通过在其他行业使用替代品以及在回收利用中处理额外的材料流，可以将大约 1.5 公吨铱转移到氢经济中，那么从 2023 年到 2030 年，总共可以获得大约 12 公吨铱。
另一方面，全球已宣布，到 2030 年，预计将有能力产生175吉瓦 （GW）的氢能。40%的氢能产能将通过基于铂族金属的质子交换膜（PEM）电解技术实现，这意味着会产生70吉瓦 （GW）的PEM水电解制氢产能。
按照目前平均需要400公斤的铱才能建设1吉瓦（GW）的产能来计算，到 2030 年将需要 28公 吨铱，超过了预期最大的的供应量（见上文）。如果将贺利氏下一代节铱催化剂的每吉瓦（GW）铱用量减少到100公斤以下（Möckl 等人，JECS 2022），则只需要 7 公吨铱，这是可以实现的。
贺利氏的产品组合包括具有不同贵金属负载量的水电解制氢催化剂
| 催化剂 | H2FC-xxPt-C240 | H2FC-xxPt-C700 | Platinum Black |
|---|---|---|---|
| 主要特点 | 中比表面积碳载体高分散铂催化剂 | 高比表面积碳载体高性能铂催化剂 | 高纯度铂粉 |
| 关键性能 | 高铂可接近性 | 高电化学活性面积 | 高稳定性 |
| Electrochemical Active Surface Area [m2/g] | > 75 m2/g | > 85 m2/g | > 30 m2/g |
| Available Pt loading | 20 - 50 w% Pt | 20 - 60 w% Pt |
散装材料 (>97 % ) |
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一个PEM电解槽由50到150个电解池组成，形成一个电解电堆。在电解电堆的相邻电解池之间，双极板将电解池隔开，并将水和气体产物输送至交换膜再输出。此外，双极板具有导电性并有助于系统冷却。
双极板材料有多种选择，但如果选择金属，双极板就需要镀上铂等贵金属涂层，以防止金属受到腐蚀。否则，电解池中的高电压会引发不必要的电化学过程，引起氧化并因此导致双极板性能衰减。贵金属涂层可以防止材料衰减，有助于改善材料性能，延长其使用寿命。
利用DNS镀铂液，可以通过电镀工艺为双极板镀上薄铂层。贺利氏可以根据您的特定需求提供质量可靠的DNS镀铂液。欢迎联系我们！。
虽然铂涂层有助于延长电解电堆的使用寿命，但有时候它仍会寿终正寝。利用贺利氏领先的PEM电解池回收服务，可以从催化剂涂层膜（CCM）中提取贵金属，从而实现闭环。
目前，大多数的氢都是通过碱性水电解（AWE）工艺生产的。这项技术已经存在了几十年，一般不会用到贵金属。在许多情况下，它一直是并且仍然是首选的制氢方法。但与此同时，PEM水电解制氢在一些新兴领域崭露头角，例如当电力输入很不稳定时，特别是在绿色能源领域，PEM电解法具有明显的优势。
如前所述，碱性水电解制氢通常不涉及贵金属。然而，由于氧化锆和镍等部分材料的供应受到影响，还需要考虑替代材料，这其中就有些材料涉及铂族金属。
如果您有兴趣了解贵金属对碱性水电解制氢的贡献，贺利氏专家将很乐意为您提供帮助。
在固体氧化物电解（SOE）制氢工艺中，固体氧化物燃料电池（SOFC）以反向模式运行。此时，它并非用作燃料电池利用氢发电，而是通过施加电压将水蒸汽分解为氢气和氧气。因此，电池/电解池的实际用途有二：一是用电制取氢气（电解池），二是用氢气发电（电池）。
固体氧化物电解池（SOEC）或固体氧化物燃料电池本身很少使用贵金属。然而，它们通常与产生余热的工业流程结合使用，这样可以获得所需的高温。在这些工艺流程中，经常会用到含有贵金属的部件。
在燃料处理方面，贺利氏为催化重整、水煤气变换或气体净化提供优先氧化（PROX）或选择性甲烷化等催化方案，并且可以根据独立分布式系统的运行需要专门打造。欢迎访问 气体净化页面 或我们的 燃料电池运行方案 ，进一步了解HeraPur®净化技术。
与其他电解方法一样，从固体氧化物电解产生的混合气体中可以轻松提取出氢。如需了解更多相关信息，请访问 氢气净化 。
