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质子交换膜电解水（PEM）

景夫生态摘要：檢查中的調查報告與有關文檔一起寄到COFCC辦公室。如檢察員有疑問，可隨時提出追加一次檢查。檢查員報告將在其檢查完成後的2周內提交COFCC。

质子交换膜电解水（PEM）是一种高效的水电解技术，PEM电解水技术具有诸多优点，但也存在一些挑战。未来随着技术的不断进步和成本的降低，PEM电解水技术有望在氢能领域发挥更大的作用。

PEM电解水技术利用质子交换膜作为电解质，在直流电的作用下，只允许质子（H+）通过。水分子在阳极发生氧化反应，失去电子生成氧气和氢离子（H+），氢离子通过质子交换膜到达阴极，在阴极得到电子生成氢气。具体化学反应式如下：

阳极：2H2O=O2+4H++4e-

阴极：4H++4e-=2H2

关键组件

PEM电解水装置主要由电解槽和辅助系统组成，其中电解槽的核心部件包括膜电极、气体扩散层和双极板。

质子交换膜（PEM）：是PEM电解水装置中的关键组件，常用材料为Nafion系列膜，具有高质子导电性和化学稳定性，能够有效隔离气体并传导质子。

膜电极：质子交换膜两侧涂敷有催化层，形成膜电极。阴极催化剂通常为铂系催化剂，阳极催化剂则常用铱（Ir）、钌（Ru）及其氧化物（如IrO2、RuO2），这些材料具有优异的稳定性和催化性能。

气体扩散层（GDL）：通常采用表面镀有贵金属的钛基多孔材料，具有良好的导电性和机械强度，能够提供均匀的气体扩散路径。

双极板：由高导电性、耐腐蚀的材料制成，如钛或涂覆贵金属的材料，起到电流收集和分布的作用。

技术特点

高电流密度：PEM电解槽可以在高电流密度下运行，从而提高氢气产量。

结构紧凑：PEM电解水装置具有较高的功率密度，可以在有限的空间内实现较大的氢气产能。

快速响应：PEM电解水装置能够快速启动和停止，并能够快速响应功率调节，适用于可再生能源发电的波动性输入。

产气纯度高：所产生的氢气纯度高，一般无需进一步提纯。

应用与挑战

PEM电解水技术在制取高纯度氢气方面具有很大的潜力，尤其在与可再生能源结合的应用场景中具有广阔的发展前景。然而，该技术也面临一些挑战：

成本较高：质子交换膜和贵金属催化剂等材料成本相对较高，限制了大规模应用。

对水质要求高：需要使用高纯度的去离子水，以防止膜的污染和损坏。

随着材料科学和制造技术的不断进步，PEM电解水技术面临的成本和耐久性等问题有望逐步得到解决。此外，随着全球对清洁能源和氢能的需求不断增加，PEM电解水技术作为绿电制氢的主流技术路线之一，将迎来更广阔的发展空间和机遇。