发展清洁可再生的绿色清洁能源已经逐渐成为了全球能源技术革命的一个重要主题,氢能被学术界普遍视为未来最理想的能源。在诸多低成本制氢的路线中,保证整个过程的脱碳非常关键。利用可再生能源发电进行制氢不仅意味着能够彻底实现零碳制氢,而且随着可再生能源发电的工业化和大规模投入开发,其制氢的成本也有望大幅下降,在未来的氢能应用和经济技术发展中占到重要的地位。其中,PEM电解水制氢技术由于其宽范围工作负荷和较快的负荷响应速度更适用于可再生能源的各种动态负荷,得到了广泛的关注。PEM电解水制氢主要包括以下两个电化学反应过程:阴极:2H⁺+2e^-→H₂阳极:H₂O-2e^-→1/2O₂+2H⁺本文致力于PEM电解水制氢技术中阳极析氧反应催化剂、光伏发电直接耦合PEM电解水系统设计仿真的研究。首先,目前商业上普遍采用二氧化铱作为PEM电解水制氢技术中的阳极催化剂,但是铱元素在地壳中非常稀有。为此本文尝试了从优化制备工艺和催化剂负载两种途径来降低铱元素在PEM电解水技术中的使用。研究了温度、时间和气氛对二氧化铱催化剂性能的影响,得到了使用亚当斯融合法制备IrO₂催化剂的最优制备工艺,并对阳极析氧反应催化剂机理的关键步骤进行了实验探究;又以所获得的IrO₂催化剂和60wt.%的Pt/C催化剂通过喷涂法制备了膜电极,将其应用在PEM电解水装置中与商业膜电极进行比较,发现相同工况下,自制膜电极的电流提高了18.4%;最后以掺锑二氧化锡（ATO）为载体,对IrO₂催化剂实现了负载,发现负载后单位质量IrO₂的电化学性能比没负载前提高了2.09倍。采用SIMULINK仿真平台对光伏发电直接耦合PEM电解水系统进行设计和模拟计算。基于假设建立了光伏电池和PEM电解水的仿真模型,并分别对其进行了模拟和分析,得到了各子系统的工作曲线。通过对两部分子系统直接耦合,获得了光伏发电直接耦合PEM电解水系统模型,并在输入模拟光照强度信号后,计算得到了耦合系统的能量效率可达15.3%。