电解水制氢用高性能阴离子交换膜材料制备关键技术研发

需求的背景和应用场景

随着全球能源转型的加速推进，氢能因其清洁、高效、可再生的特性被视为未来能源体系的重要组成部分。电解水制氢作为一种绿色、可持续的氢气生产方式，正日益受到关注。然而，当前电解水制氢技术的效率与成本仍面临挑战，其中阴离子交换膜作为电解槽中的核心组件，其性能直接关系到制氢效率与能耗。现有的阴离子交换膜材料在化学稳定性、传导性、以及长期运行下的稳定性方面存在明显不足，难以满足大规模、高效率电解水制氢的需求。因此，研发高性能阴离子交换膜材料，以提升电解水制氢系统的整体性能，降低运营成本，成为当前氢能领域亟待解决的关键问题。本项目旨在通过技术创新，设计并制备出具有高化学稳定性、高传导性的阴离子交换膜材料，为电解水制氢技术的商业化应用提供有力支撑。

要解决的关键技术问题

1. 高化学稳定性、高传导性阴离子交换膜材料结构体系的设计与合成制备技术：需研发新型阴离子交换基团及聚合物骨架结构，确保膜材料在强酸、强碱及高温环境下仍能保持稳定的化学性质，同时优化离子传导通道，提高氢离子传导效率。
2. 电解水制氢用高性能阴离子交换膜的中试流延成型设备及制备工艺技术：开发适合大规模生产的流延成型设备，优化制备工艺参数，确保膜材料的均匀性、厚度控制及机械强度，满足电解水制氢装置的实际应用需求。
3. 高稳定性、高传导性阴离子交换膜材料的分子结构及微相结构与物理化学性能之间的构效关系：深入研究膜材料的分子结构、微相结构与其化学稳定性、传导性、机械强度等物理化学性能之间的内在联系，为材料设计提供理论依据。
4. 阴离子交换膜材料电解池应用性能与膜材料分子结构之间的构效关系：探究膜材料在电解池中的极化性能、电化学阻抗性能、循环稳定性和耐久性，明确这些应用性能与膜材料分子结构之间的关联，指导材料优化与选型。

效果要求

本项目期望通过联合攻关，突破高性能阴离子交换膜材料制备的关键技术瓶颈，实现以下目标：

• 开发出综合性能优于现有产品的阴离子交换膜材料，特别是在化学稳定性、传导性、循环稳定性和耐久性方面取得显著提升。
• 建立中试规模的流延成型生产线，为后续的规模化生产奠定技术基础。
• 阐明阴离子交换膜材料的构效关系，为新材料的设计与开发提供科学指导。
• 提升电解水制氢系统的整体效率与经济性，推动氢能产业的快速发展，增强我国在新能源领域的国际竞争力。 通过本项目的实施，不仅将解决电解水制氢技术中的核心材料问题，还将促进先进材料科学与氢能技术的深度融合，为构建绿色低碳的能源体系贡献力量。