Недавно катализатор на основе пористого IrO₂, разработанный компанией Momentum Conservation Green Energy под названием eHy-1002, стабильно работал более 15 000 часов. Это стало важным прорывом в технологии катализаторов анода для электролиза воды с использованием протонно-обменной мембраны (PEM) и заложило важную основу для масштабного применения в отрасли.
Технический фон и вызовы отрасли
Технология электролиза воды с использованием протонно-обменной мембраны (PEM) обладает отличной совместимостью с колеблющимися источниками возобновляемой энергии, такими как ветер и фотоэлектрические панели, благодаря таким преимуществам, как низкое энергопотребление, высокая плотность тока, компактные размеры электролизера и широкий диапазон регулирования мощности. В качестве ключевого материала, влияющего на производительность и стоимость электролизера, оптимизация катализаторов анода всегда была важным направлением исследований в отрасли.
Широко используемый катализатор анода в PEM-электролизерах — это рутиловая форма диоксида иридия (IrO₂), но он сталкивается с двумя основными проблемами: во-первых, необходимо улучшить внутреннюю каталитическую активность — слишком высокий энергетический барьер реакции выделения кислорода (OER) приводит к тому, что перенапряжение выделения кислорода на аноде составляет 30%–50% общего перенапряжения электролизера, ограничивая повышение энергоэффективности системы; во-вторых, существует высокая зависимость от иридия — загрузка иридия на мембранно-электродном блоке обычно достигает 1–2 мг/см², а ресурсы иридия ограничены, а цены высоки, что серьезно препятствует крупномасштабной коммерциализации технологии PEM-электролиза воды.
Основные прорывы и особенности продукта
Для решения болевых точек отрасли катализатор на основе пористого IrO₂, разработанный компанией Momentum Conservation под названием eHy-1002, достигает двойных инноваций в структуре и составе материала:
- Структурная инновация: В отличие от традиционного гранулярного IrO₂, он имеет регулярную пористую слоистую морфологию с пористостью до 74%. Уникальная высоко пористая наноструктура полностью раскрывает высокоактивные краевые иридийные сайты, синергетически оптимизируя массоперенос, эффективность переноса заряда и каталитическую активность каталитического слоя.
- Прорыв в составе материала: Массовая доля иридия в объеме снижена до примерно 70%, обеспечивая баланс между производительностью и стоимостью, а также снижая зависимость от драгоценных металлов, что является ключевой поддержкой для снижения общей стоимости мембранно-электродного блока.
Ключевые показатели эффективности
Катализатор eHy-1002 демонстрирует превосходные характеристики и стабильность даже в условиях низкой нагрузки с содержанием иридия в мембранном электроде всего 0,75 мг/см²:
- Производительность: 1,96 В при 4 А/см² на N115 при 80°C, поддержание высокой плотности тока при низком содержании иридия, преодолевая ограничение традиционных катализаторов, требующих «высокой нагрузки для высокой производительности».
- Долговечность: Стабильная работа свыше 15,000 часов со скоростью повышения напряжения <3 мкВ/ч, значительно превышая средние отраслевые показатели по долгосрочной стабильности и соответствуя строгим требованиям к сроку службы материалов для масштабируемых применений.
Мощность и сервисные услуги
Продукт eHy-1002 (пористый IrO₂) уже прошёл валидацию у нескольких отраслевых заказчиков, с достигнутой мощностью 600 г/день, обладая возможностью поставок партиями. Для ключевых клиентов компания также предоставляет услуги по подготовке катализаторной суспензии и руководству по процессу нанесения покрытия, помогая клиентам в достижении внедрения технологий и адаптации производственных линий. Испытательные данные и демонстрационные примеры применения будут постоянно обновляться в будущем для содействия развитию всей отрасли.
Техническое стратегическое значение и промышленная ценность
Прорыв катализатора eHy-1002 не только решает проблемы энергоэффективности и стоимости анодных катализаторов в технологии PEM-электролиза воды, но и имеет глубокие последствия для развития водородной энергетики: с одной стороны, снижение зависимости от иридия может значительно сократить производственные затраты PEM-электролизёров, ускоряя их крупномасштабную интеграцию с ветровой и солнечной энергетикой; с другой стороны, высокая стабильность и совместимость обеспечивают более эффективную и надёжную поддержку ключевыми материалами для производства зелёного водорода, способствуя снижению затрат и повышению эффективности в цепочке «зелёная электроэнергия — зелёный водород», а также внося ключевой технологический импульс в реализацию национальных целей «двойного углерода» и высококачественное развитие водородной энергетической отрасли.
