氢电极,也称为燃料电极,在燃料电池中为阳极,功能是将输入的氢气分解为氢离子,在电解池中为阴极,功能是电解水时进行还原反应产生氢气,通常需要具备优良的化学稳定性、电子导电性、离子导电性、析氢催化活性等性能。
氢电极可以广泛应用在固体氧化物燃料电池(SOFC)、固体氧化物电解池(SOEC),以及可逆质子陶瓷电化学电池(R-PCEC)中。其中,SOFC又包括氧离子导体SOFC、质子导体SOFC(即PCEC质子陶瓷燃料电池)两种,SOEC又包括氧离子传导型SOEC(即O-SOEC)、质子传导型SOEC(即H-SOEC)两种。
SOFC的功能是将化学能转化为电能,SOEC功能是将电能转化为化学能,R-PCEC可实现电能、化学能相互可逆转化。这三大类产品的应用,可以实现电解水制氢、氢与氧反应产电循环,能够转化多余电能,生产氢燃料,并能够燃烧氢燃料产生电能,实现电能存储,在应对能源危机、调整能源结构领域开发应用价值大。
早期,氢电极材料采用铂(Pt),其电化学性能好、化学稳定性优,但成本高;镍(Ni),电子电导率高、高温稳定性好、与电解质相容性好,成为后期常见氢电极材料。根据新思界产业研究中心发布的
《2024-2029年中国氢电极(燃料电极)行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示,现阶段,为优化三相交界面以及氢电极与电解质膨胀系数匹配度,镍通常与电解质材料进行混合作为氢电极材料使用,常见的产品有Ni-BZCY(镍-钇掺杂锆铈酸钡)、Ni-YSZ(镍-氧化钇稳定氧化锆)、Ni-BCZYYb(镍-钡铈锆钇镱)、Ni-BCZYZ等,均为镍基陶瓷材料。
BCZYYb,以氧化钡(BaO)、氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)等高纯超细氧化物粉末为原料,采用固相合成法进行制备,为钙钛矿结构。我国BCZYYb行业发展速度不断加快,相关研究成果不断增多,已有企业可商业化供货,例如桐乡华创三同科技发展有限公司能够提供纯度≥99.9%的BCZYYb,为氢电极行业发展奠定基础。
新思界
行业分析人士表示,预计2020-2025年,全球SOFC市场规模将以30%的年复合增长率高速增长,发展前景广阔,我国已有企业布局,产品出口到海外市场,例如潮州三环(集团)股份有限公司;我国SOEC项目仍处于小规模示范阶段,但规模化发展步伐正在加快,已有企业试运行的项目各项技术指标优秀,例如武汉华科福赛新能源有限责任公司。在此背景下,我国氢电极市场空间正在不断增大。