2023 年 2 月 21 日消息

Ames Goldsmith Ceimig是跨國貴金屬化學專家 Ames Goldsmith Corporation 的氫技術部門。總部位于鄧迪的 Ames Goldsmith Ceimig 長期以來一直是用于 PEM 技術的低銥催化劑的擁護者，在超過 15 年的時間里積極地向市場銷售。隨著銥催化劑的生產規模超過 GW 產品當量，我們是 PEM 水電解市場的領先供應商。

在過去的 3 年里，Ames Goldsmith Ceimig 使用我們來自美國和英國的科學家團隊開展了一項跨公司開發計劃，以開發適合 2050 年銥需求概況的最先進的下一代催化劑。

到 2022 年底，30 多個國家制定了國家氫政策，以實現能源需求脫碳，目標是到 2050 年實現凈零排放。

這些政策意味著全球電解槽生產有雄心勃勃的目標，估計到 2030 年需要安裝 100GW，到 2050 年估計需要增加到 3,585GW 的電解。預計其中 40% 將使用 PEM 技術。隨著美國最近出臺的《降低通貨膨脹法案》和歐盟的 REPowerEU 氫能路線圖以及新的歐盟綠色交易工業計劃，這些數量有望成為現實。

從歷史上看，作為鉑金生產的副產品，每年僅開采約 8 噸銥。根據許多指標，當前 PEM 電解槽中的銥負載量為 1-2.5g/KW。如果我們將這一估計的低端設為 1g/KW，假設使用銥黑 (>98% Ir) 等催化劑，那么這相當于到 2030 年 40GW 的 PEM 電解所需的 40T 銥和到 2030 年所需的 1430T 銥2050年用于1430GW的PEM電解。這種銥的使用水平是無法實現的，這導致許多人質疑 PEM 電解作為應對氣候變化的長期解決方案的可行性。

Ames Goldsmith 在電解槽市場上最暢銷的產品是 HyPer WE 550，它是一種氧化銥釕。該產品僅包含 2/3 的銥，并且具有極高的表面積，這意味著可以使用更少的量來達到相同的活性水平。設計為兩種金屬在納米晶體尺度上的真正合金，從而提高了催化劑的耐用性。測試和使用中的反饋表明，HyPer WE 550 提供與氧化銥相當的性能，但降解率更低。

使用 HyPer WE 550 時通常只需要 0.3g/KW 的銥，因此到 2030 年 40GW 的 PEM 電解僅需要 12T 的銥，到 2050 年 1430GW 的 PEM 電解僅需要 430T 的銥。

這是對銥需求的顯著改善，意味著目前有一種可行的產品，可以大規模生產，可以很容易地達到 2030 年代中期的需求率。

不過，過了這個時期，仍需要改進銥的載量。這可以在一定程度上通過進一步合金化金屬來實現。另一條正在開發的技術路線是通過在載體表面沉積一層薄薄??的銥納米晶體來優化銥的使用，這與將鉑沉積在碳上以用于燃料電池的方式非常相似。

迄今為止，許多公司一直在使用因其在電解槽陽極的高氧化電流密度和低 pH 值下的耐久性而選擇的支撐物。在這些條件下，碳不是一種可行的載體，而諸如氧化鈦_、氧化錫和這些氧化物的摻雜變體等載體一直是許多公司關注的焦點。雖然這項技術將有助于限制所需的銥量，但減少量僅限于催化劑的 45% 左右。這是由于催化劑層需要在膜表面導電。當使用非導電載體（例如 TiO?_{2 ）}時，表面上的金屬需要提供導電性和催化作用，這需要高負載的金屬。

Ames Goldsmith 迄今為止開發的頂峰是一種產品，暫時稱為 HyPer WE53s，它基于沉積在鉑金上的銥——基于支持化學。該產品的銥含量低于 15%，在陽極條件下完全穩定。加速應力測試表明其性能與競爭對手的氧化銥等級和 Ceimig 的 HyPer WE 550 – 氧化銥釕相當。我們的大學合作伙伴進行的加速壓力測試旨在模擬長達 100,000 小時的使用時間。

采用該等級應導致銥載量<0.06g/KW，這意味著到 2030 年所需的 40GW PEM 電解僅需要 2.4T 銥，而到 2050 年所需的 1430GW PEM 電解僅需要 86T 銥，鑒于提高產量 這應該很容易實現，特別是如果再加上 PEM 組件回收方面的發展。

有些人可能會質疑使用像基于鉑金的支持系統這樣昂貴的東西，但這是經過仔細考慮的。鉑金在電解槽陽極條件下具有穩定的記錄，可用于保護 PTL 和流動板。

選擇以鉑為基礎的支撐，也是對未來銥礦開采的支撐。銥礦僅占礦籃的2-4%，因此企業不會單獨開采銥礦。通過在產品中加入更大比例的鉑，我們促進了銥的生產。隨著 ICE 車輛的減少，未來幾十年鉑金需求將減少，這是一個重要的推動因素。

盡管支撐中的鉑金成本相對較高，但采用這種新等級應該可以將電解槽制造商的 PGM 成本降低 2/3（基于當前的 PGM 價格）。IRENA 的分析表明，陽極催化劑僅占當前電解槽總成本的 2.7%，使用 HyPer WE 53s 可將其降低至總成本的 <0.9%，從而使 PEM 電解與其他電解方法相比更具競爭力。

供稿人：Wayne Thornhill – 銷售經理 – Ames Goldsmith Ceimig – wayne.thornhill@amesgoldsmith.co.uk

來源：https://www.hydrogen-worldexpo.com/industry_news/next-generation-ultra-low-iridium-anode-catalyst-development/