電解水制氫的五大創(chuàng)新領(lǐng)域
* 來(lái)源 :《中國(guó)石化報(bào)》環(huán)球周刊 * 發(fā)表時(shí)間 : 2022-7-15 10:50:00 * 瀏覽 : 1014
近日，歐洲專利局（EPO）和國(guó)際可再生能源署（IRENA）聯(lián)合發(fā)布《專利洞察報(bào)告：電解水制氫技術(shù)創(chuàng)新趨勢(shì)》，分析了近年來(lái)全球電解水制氫領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)情況和此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
推廣氫能有助于應(yīng)對(duì)氣候變化并遏制全球變暖進(jìn)程，多國(guó)正在加速發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，為生產(chǎn)、存儲(chǔ)和運(yùn)輸氫能投入大量資金。電解水制氫是氫能生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在理想情況下，電解水制氫的原材料成本低廉、供應(yīng)充足，應(yīng)當(dāng)僅使用可再生的水資源和電力。目前，各國(guó)正在著力開(kāi)發(fā)電解水制氫技術(shù)，以提高電解裝置效率、降低制氫成本并擴(kuò)大市場(chǎng)規(guī)模。
電解水制氫有望使氫能在全球能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。使用氫能，特別是綠氫替代化石燃料，一些能源強(qiáng)度較高的產(chǎn)業(yè)有望實(shí)現(xiàn)去碳化。
2017年，電解水制氫領(lǐng)域的專利申請(qǐng)數(shù)量首次超越化石燃料制氫專利申請(qǐng)數(shù)量。此后，化石燃料制氫相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量逐年減少。這說(shuō)明國(guó)際社會(huì)對(duì)推進(jìn)電解水制氫技術(shù)發(fā)展已達(dá)成共識(shí)，各國(guó)為此都制定了相關(guān)戰(zhàn)略。日本、美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和中國(guó)等國(guó)在電解水制氫領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。
要提高電解裝置效率、降低電解水制氫成本，需要推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。近年來(lái)，電解水制氫5個(gè)子技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)情況呈現(xiàn)出不同的趨勢(shì)。
1.電解槽結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件
優(yōu)化電解槽結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件以提高制氫效率的相關(guān)技術(shù)備受關(guān)注。高溫高壓的運(yùn)行條件有助于提高電解裝置的效率、增強(qiáng)耐用性并降低成本。2020年，高壓電解槽技術(shù)專利的申請(qǐng)數(shù)量較2016年翻了一番。
日本在此項(xiàng)子技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，僅東芝、松下和本田3家企業(yè)的相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量就占該領(lǐng)域國(guó)際專利數(shù)量的17%。
2.電催化劑
非貴金屬電催化劑相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量激增，說(shuō)明研發(fā)重點(diǎn)正轉(zhuǎn)向通過(guò)降低材料稀缺性減少電解水制氫成本。材料稀缺性是造成電解水制氫成本高昂的原因，也是此項(xiàng)技術(shù)推廣的主要障礙，研究人員正在推動(dòng)用非貴金屬材料替代稀缺材料。
2015年以來(lái)，非貴金屬電催化劑的國(guó)際專利數(shù)量穩(wěn)步增加，有助于降低電催化劑材料成本。日本和美國(guó)在該領(lǐng)域最為活躍，兩國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際專利申請(qǐng)數(shù)量占比達(dá)42%。
3.電解槽隔膜
質(zhì)子交換膜（PEM，又稱聚合物電解質(zhì)膜）專利申請(qǐng)最為活躍，該技術(shù)有助于增強(qiáng)電解槽的耐用性、延長(zhǎng)使用壽命。使用更薄的膜可提高電解槽效率、減少耗電量，2010~2017年此項(xiàng)專利數(shù)量申請(qǐng)迅速增長(zhǎng)。
4.電解槽電堆
對(duì)電極、雙極板和多孔輸送層等元件進(jìn)行改造可降低電解槽成本。電解槽電堆單位面積電流密度越高，使用壽命越長(zhǎng)、各組件成本越低，整體成本越低。2019~2020年，此項(xiàng)專利申請(qǐng)數(shù)量有所減少，其原因可能是該技術(shù)在減小電堆體積方面的進(jìn)步空間已很小。
5.光電解
許多研究者正積極開(kāi)發(fā)光電解技術(shù)，2015~2017年，光電解相關(guān)專利申請(qǐng)量大幅增加。光電解技術(shù)可一步完成發(fā)電和制氫兩項(xiàng)工作，有助于大幅降低制氫成本，但目前該技術(shù)尚不成熟，制氫效率不高。
電解水制氫技術(shù)研發(fā)的熱度將持續(xù)，這有助于進(jìn)一步降低電解裝置成本并提高制氫效率和產(chǎn)能。技術(shù)創(chuàng)新將使綠氫更具成本競(jìng)爭(zhēng)力，讓氫能在去碳化進(jìn)程和能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮更大作用。