2024水制氢行业深度调研及投资机会我国科学家成功合成电解水制氢非贵金属催化剂中研普华

这则新闻展示了西湖大学在人工光合作用与太阳能燃料领域取得的重大突破,特别是孙立成教授团队成功合成的新型非贵金属催化剂CAPist-L1,这一成果对于推动电解水制氢技术的发展具有重要意义。

电解水制氢的重要性

电解水制氢是一种清洁、可持续的制氢方法,能够将可再生能源(如太阳能、风能)转化为氢能,作为未来能源体系的重要组成部分。然而,传统电解水制氢技术中使用的催化剂多为贵金属(如铂),其成本高昂且资源有限,限制了该技术的广泛应用。

CAPist-L1催化剂的优势

非贵金属材料:CAPist-L1催化剂的成功合成打破了传统贵金属催化剂的依赖,降低了制氢成本,提高了技术的经济可行性。

高效稳定:在碱性水中,CAPist-L1催化剂能够在安培级电流密度下稳定工作超过19000小时,且无明显衰退迹象,这一性能远超已公开报道的催化剂,显示出极高的催化效率和稳定性。

环境友好:非贵金属催化剂的使用有助于减少对贵金属资源的依赖,降低环境负担,符合可持续发展的理念。

对行业的影响

推动电解水制氢技术普及:CAPist-L1催化剂的商业化应用有望显著降低电解水制氢的成本,促进该技术的普及和应用,为氢能产业的发展提供有力支持。

促进能源结构转型:氢能作为一种清洁、高效的能源载体,在能源结构转型中扮演着重要角色。电解水制氢技术的突破将有助于加速能源结构向低碳、无碳方向转型。

激发科研创新:CAPist-L1催化剂的成功合成不仅是一项具体的技术突破,更激发了科研人员在非贵金属催化剂领域的创新热情,有望推动更多高性能、低成本催化剂的研发。

一、电解水制氢产业链

电解水制氢产业链主要包括上游、中游和下游三个环节:

上游:主要包括能源电力与电解水制氢设备原材料。能源电力是电解水制氢的基础,而电解水制氢设备原材料则包括电解槽隔膜、电解液、正/负电极板等。上游的参与者主要包括能源电力供应商(如金风科技、远景能源、明阳智能等)以及制氢设备及材料的供应商(如东岳未来、科润新材料、东材科技等)。

中游:为电解水制氢设备及建设项目。这一环节的主要工艺包括传统碱性(ALK)电解、阴离子交换膜(AEM)电解、质子交换膜(PEM)电解和高温固体氧化物(SOEC)电解四种技术路线。中游的参与者主要包括电解水制氢供应商,如宝丰能源、华能集团、阳光电源、中国石化等。

下游:主要包括氢能储运、燃料电池、工业应用、发电等应用领域。下游的参与者包括氢能储运供应商(如国富氢能、氢枫能源等)以及燃料电池供应商(如亿华通、国鸿氢能等)。

二、未来市场经济竞争格局

技术路线竞争:

碱性电解槽(ALK):作为技术相对成熟的主流路线,碱性电解槽在快速放量的同时,也面临着激烈的市场竞争。各路光伏、化工、机械巨头竞相布局碱性电解水制氢设备业务,进一步推进产业革新和竞争升级。

质子交换膜电解槽(PEM):随着燃料电池技术的不断成熟与质子交换膜国产化的加速突破,PEM电解槽的成本将持续降低,市场份额逐渐提高。PEM电解槽在大型绿氢制氢项目中实现批量应用是必然趋势,降本提质成为这一领域的首要目标。

阴离子交换膜电解槽(AEM)和高温固体氧化物电解槽(SOEC):这两种技术路线也展现出强劲的发展势头,正在逐步实现项目的应用落地,进入规模化推广的关键期。

市场规模增长:

根据市场趋势预测,电解水制氢设备市场规模将持续增长。预计到2029年,全球电解水制氢设备市场规模将达到30.96亿元,中国市场规模也将显著扩大。

国家和各省份(自治区)的产能规划正在积极推进,预计未来两年电解水制氢项目将迎来开工潮,进一步推动市场规模的扩大。

竞争格局变化:

随着技术的不断进步和市场的不断成熟,电解水制氢行业的竞争格局将发生深刻变化。传统巨头将继续巩固其市场地位,同时新兴企业也将凭借技术创新和成本控制优势快速崛起。

产业链各环节将更加注重协同合作,共同推动技术进步和产业升级。例如,电力供应的稳定性和成本降低将为电解水制氢提供更有利的条件;电解设备的智能化和模块化将提高制氢效率和设备可靠性;氢气储存和运输技术的创新将降低氢气成本,推动氢能应用的普及。

政策支持:

国家政策的支持是推动电解水制氢行业发展的重要因素。随着“双碳”目标的提出和能源结构的优化,国家对绿氢产业的支持力度将持续加大,为电解水制氢行业的发展提供广阔的市场空间和良好的政策环境。

电解水制氢产业链上下游各环节将协同发展,技术路线竞争日益激烈,市场规模将持续扩大,竞争格局将发生深刻变化。同时,政策支持也将为电解水制氢行业的发展提供有力保障。

未来电解水制氢行业将在技术进步、可再生能源普及、政策支持、市场需求增长以及国际合作与交流等方面展现出显著趋势,迎来更加广阔的发展前景。

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THE END

探索和开发低成本超长寿命高性能的氧还原反应非贵金属催化剂(ORR)以取代铂基催化剂用于电化学能量转换装置仍然是一个巨大的挑战。尽管有几种非贵金属催化剂(N掺杂石墨烯过渡金属纳米粒子单原子金属氮碳等)。虽然与商用铂碳相比,它们的催化性能可以媲美现有催化剂,但它们的长期耐用性,特别是在苛刻的电解液中的耐久性,在实际应用中仍然不能令人满意。来自湖南大学中国农业大学和剑桥大学的学者合成了一种的Fe3CNG催化剂,并对其进行了研究,以了解其在锌空气电池中的催化降解行为。实验分析和理论计算表明,由于Fe3C量子点提供了快速的电子转移到NG的价带,由Fe3C量子点和N掺杂石墨烯碳(Fe3CNG)形成的MottSchottky异质结提高了ORR。分子动力学模拟表明,在腐蚀性极强的电解液中,NG中的石墨烯结构相对稳定,避免了Fe3C量子点的腐蚀。将锌/石墨烯复合薄膜与固体电解液相结合,优化后的含Fe3CNG催化剂的锌空气电池具有高开路电压1.506V,高能量密度706.4Whkg1,以及长达1000h的长期稳定性。相关文章以“NonNobleMetalCatalystandZn/GrapheneFilmforLowCostandUltraLongDurabilitySolidStateZnAirBatteriesinHarshElectrolytes”标题发表在AdvancedFunctionalMaterials。论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202200397图1.Fe3C@N/MCHS和Fe3CNGMottSchottky异质结制备示意图.图2.所制备的Fe3C@N/MCHSS的形态特征:a)扫描电子显微镜图像;b)电子显微镜图像;c,d)高分辨电子显微镜图像;以及e)典型的电子显微镜图像和相应的CNO和Fe元素映射;f)C和Fe元素的组合映射图像;g)亮场和h)暗场电子显微镜图像;i)相应的NG和Fe3C的HAADFSTEM图像。图3.a)镍泡沫上Fe3C@N/MCHSs阴极的制造工艺,b)固态电解质的制备,c)柔性Zn/石墨烯阳极电极的制备。图4.a)商用Pt/CN/MCHSS和Fe3C@N/MCHSS在N2和O2饱和的0.1MKOH中以50mV/s的扫描速率的CV;b)在O2饱和0.1MKOH下,在1600rpm转速下各种电催化剂的LSV;c)在O2饱和的0.1MKOH中的Fe3C@N/MCHSS在不同的转速下的LSV和(插图)相应的KL曲线;d)用于甲醇交叉试验的商用铂/C和Fe3C@N/MCHSS的计时电流曲线;f)与最先进的单一催化剂的比较;g)锌空气电池示意图;h)开路电压;i)速率性能;j)比容量;k)功率密度和l)具有铂碳和Fe3C@N/MCHSS催化剂的锌空气电池的充放电循环次数。图5.Fe3C@NG的莫特肖特基异质结示意图:a)接触前和b)接触后;c)ORR机制;d,e)Fe3C@NG模型的电荷分布;f)Fe3C@NG模型上的ORR过程;g)示意图能量溢出和h)G,NG,Fe3C和Fe3C@NG板的不同活性位点上ORR途径的能量变化;i)在Fe3C@NG上以不同电位下的能量跃升;j)在0.5MH2SO4溶液中Fe3C@NG的分子动力学(MD)模拟。综上所述,本文报道了一种非贵金属Fe3CNG催化剂,其催化活性和耐久性可与商用铂/碳相当,用于固态锌空气电池的实用ORR。揭示了Fe3CNG催化剂中的MottSchottky等促进了电子转移和电荷密度重分布对催化剂性能的调节作用。特别是对于Fe3CNG异质结,通过适当的设计和调节,由于莫特肖特基异质结和电荷密度的重新分布,同时实现了快速的电子转移和低能垒。分子动力学模拟表明,石墨烯层阻止了Fe3C与H3O+OH和H2O之间的接触,唯一影响降解的是石墨烯层中掺杂的N原子。通过制备锌/石墨烯复合薄膜和固态电解液,进一步解决了锌空气电池普遍存在的自腐蚀锌枝晶稳定性差等问题,优化后的Fe3CNG催化剂锌空气电池的开路电压达到1.506V,能量密度达到706.4Whkg1,长期稳定性达到1000h,向实际应用迈进了一大步。本文的工作为理解用于ORR的非贵金属Fe3CNG异质结构催化剂提供了一些新的见解,也为制造低成本高能量密度长时间循环的锌空气电池提供了新的途径。(文:SSC)本文来自微信公众号“材料科学与工程”。欢迎转载请联系,未经许可谢绝转载至其他网站。推荐阅读:欢迎微信后台回复“应聘编辑”加入我们实用!Origin软件使用经典问题集锦免费下载:18款超实用软件轻松搞科研合作投稿点击此处[Er1gF7PbJUGeb2rznpW3zw==.jpg]欢迎留言,分享观点。点亮在看材料科学与工程

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