說明：本文和上篇來自同一文獻(xiàn)編譯整理！

根據(jù)以上章節(jié)分解PEM電解槽的構(gòu)成和成本占比，以及詳細(xì)說明各部件發(fā)揮的作用，我們大致對(duì)未來如何能夠制造出性價(jià)比高的PEM電解槽或者是如何能提高性能的同時(shí)降低其高昂的成本有了些基本的判斷。如下圖所示，另根據(jù)這些細(xì)節(jié)下面針對(duì)性展開說明：

PEMWE關(guān)鍵材料的未來研究方向

近年來，許多低鉑/銥，甚至無鉑/銥的電催化劑被開發(fā)出來。然而，在PEM制氫中還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有應(yīng)用到。一方面，這些電催化劑的性能評(píng)估是基于三電極系統(tǒng)，與PEMWE的操作條件不同，這是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的評(píng)估。大多數(shù)電催化劑在PEMWE中不能表現(xiàn)出安培級(jí)電流密度和年份級(jí)別的壽命。另一方面，這些替代電催化劑的制備技術(shù)難以達(dá)到千克級(jí)。因此，在進(jìn)一步的研究中，應(yīng)考慮電催化劑在PEMWE條件下的性能和大規(guī)模制備工藝。

二、新一代質(zhì)子交換膜（PEM）

(a)通過添加PEM夾層結(jié)構(gòu)對(duì)PEM進(jìn)行改性降低氣體滲透;

(b)在保證水化程度的同時(shí)，提高其化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能;

(c)提高其工作溫度上限，提高其熱穩(wěn)定性;

(d)開發(fā)成本較低的膜(例如碳?xì)浠?。

MEA由PEM、陰極和陽極催化劑層組成，有時(shí)包含兩個(gè)GDL。它是電解水的主戰(zhàn)場(chǎng)。因此，調(diào)整MEA的制作可以從根本上提高PEMWE的成本、性能和壽命。文中描述的改進(jìn)不僅限于電催化劑的改性，還包括對(duì)MEA的制備工藝進(jìn)行了優(yōu)化，包括漿料成分、涂膜方法、熱壓條件等。一般來說，改進(jìn)MEA的制備工藝可以通過以下途徑:

(e)調(diào)整漿料成分、涂覆方法和熱壓條件的兼容性，實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的MEA的精確構(gòu)建。

GDL是水/氣轉(zhuǎn)換和電子傳輸?shù)闹饕獔?chǎng)所。因此，可以通過提高GDL的孔隙率和導(dǎo)電性來實(shí)現(xiàn)GDL的優(yōu)化。合理調(diào)整GDL的孔隙結(jié)構(gòu)和孔徑將提高電子傳遞效率，加快水/氣轉(zhuǎn)換，使PEMWE具有優(yōu)異的性能。由于惡劣的工作環(huán)境，鈦是GDL在陽極側(cè)的唯一選擇。鈦網(wǎng)、燒結(jié)粉、毛氈和泡沫目前在工業(yè)上用作GDL。值得注意的是，Ti基GDL面臨的主要挑戰(zhàn)是其降解(如表面鈍化和氫脆)，這將導(dǎo)致接觸電阻的增加和機(jī)械強(qiáng)度的衰減。為了防止GDL的降解，通常在其表面涂上一層貴金屬(如Au和Pt)保護(hù)層，以滿足工業(yè)對(duì)性能和壽命的要求。然而，這也將增加PEMWE的成本。因此，尋找低成本、高導(dǎo)電性、高耐腐蝕、抗氫脆的涂層材料是人們不懈的追求。

五、優(yōu)化BP設(shè)計(jì)

BP的功能包括導(dǎo)電、提供水路、分離O2和H2、支撐電解槽和提供熱傳導(dǎo)。因此，板材材料要求導(dǎo)電性高、耐腐蝕、透氣性低、機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)、導(dǎo)熱系數(shù)高。鍍有貴金屬的鈦(如Au和Pt)仍然是最好的選擇。引入貴金屬大大增加了成本。因此，尋找降低成本的解決方案是bp發(fā)展的主要難點(diǎn)。最有效的方法是通過改進(jìn)涂層成分或制備工藝來降低涂層材料中貴金屬的含量。為了進(jìn)一步降低成本，非貴金屬涂層(如Zr和Nb涂層)也正在開發(fā)中。優(yōu)化bp的另一個(gè)方向是其流場(chǎng)的合理設(shè)計(jì)。目前，BP的流場(chǎng)設(shè)計(jì)主要有以下三種類型:

(c)使用沖壓有凹槽的鈦板。

原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（氫眼所見）：PEM電解槽降本和發(fā)展展望