燃料電池電堆企業開發PEM電解槽“起風”
發布時間：
2022-06-02
在堿水制氫(AWE)、PEM制氫和SOEC制氫三大技術路線中，PEM制氫技術的運行電流密度高、能耗低、產氫壓力高，適應可再生能源發電的波動性特征、易于與可再生能源消納相結合，被認為是電解水制氫的適宜方案。
在堿水制氫(AWE)、PEM制氫和SOEC制氫三大技術路線中，PEM制氫技術的運行電流密度高、能耗低、產氫壓力高，適應可再生能源發電的波動性特征、易于與可再生能源消納相結合，被認為是電解水制氫的適宜方案。 隨著可再生能源制氫項目的增多，今年國內電解水制氫設備需求出現井噴，PEM制氫進展迅速。中國船舶718所、中科院大化所、山東賽克賽斯、高成綠能、淳華氫能、深圳綠航等多家公司在PEM制氫設備方面的訂單同比都有不同程度的增長。 PEM電解槽主要部件由內到外依次是質子交換膜、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端板等，結構與燃料電池電堆類似，只是材料體系不同。在PEM制氫設備市場機遇凸顯的形勢下，當前已有少數PEM燃料電池電堆企業開始入局研發PEM電解槽，膜電極及雙極板企業也在跟進中，這在未來會成為普遍現象嗎?
技術門檻頗高
PEM電解水與PEM燃料電池互為逆反應，前者是電解水制氫，后者是氫氧反應生成水。PEM電解槽的結構與PEM燃料電池電堆類似，但PEM電解槽的材料體系與電堆相比有很大的差別，要真正做好PEM電解槽產品不容易。 淳化氫能副總經理李俊榮表示：“由于工作環境的差異，PEM電解槽對核心部件和材料耐久性和壽命的要求更高。要做好PEM電解槽，需要對催化劑和膜電極材料有較深的理解，并且需要做好電解槽的密封。” 電催化劑方面，PEM電解槽的電催化劑研究主要是Ir、Ru等貴金屬/氧化物及其二元、三元合金/混合氧化物，以鈦材料為載體的負載型催化劑，非貴金屬催化劑或非金屬催化劑的研發難度較大。 膜電極方面，PEM電解水的陽極需要耐酸性環境腐蝕、耐高電位腐蝕，應具有合適的孔洞結構以便氣體和水通過。PEM燃料電池中常用的膜電極材料(如碳材料)無法用于水電解陽極。為此，3M公司研發了納米結構薄膜(NSTF)電極，陰陽兩極分別采用Ir、Pt催化劑，載量均為0.25mg/c㎡。 雙極板方面，在PEM電解槽陽極嚴苛的工作環境下，若雙極板被腐蝕將會導致金屬離子浸出，進而污染PEM，因此常用的雙極板保護措施是在表面制備一層防腐涂層，其耐腐蝕要求比PEM燃料電池更高。
實力企業著手布局
正因為技術難度大，在PEM電解槽市場需求明顯提升的背景下，當前有研發跟進PEM電解槽及核心部件產品的也僅是個別頭部電堆、膜電極及雙極板企業，另外還有一些綜合實力強的國企及上市公司也開始了針對PEM電解水制氫裝備的技術研究與產業布局。 作為國內膜電極頭部企業，鴻基創能全資子公司鴻基創能科技(佛山)有限公司于今年5月與佛山市南海區人民政府正式簽署關于燃料電池高性能膜電極產業化項目的《投資合作協議》。該項目計劃投資1億元，建設燃料電池膜電極和PEM電解水制氫膜電極產業化基地。PEM電解水制氫膜電極是鴻基創能的新項目，今年內將完成中試，并在南海基地實現量產。 國內金屬雙極板龍頭企業上海治臻在6月舉行的FCVC2021上展示了PEM電解槽雙極板樣品，在尋求國內PEM電解槽企業合作。 此外，光伏巨頭之一陽光電源在今年3月推出國內首款最大功率250kW的SEP50 PEM制氫電解槽。該PEM制氫電解槽核心部件均為國產。為了配合市場需求，陽光電源已開始規劃建設全自動化電解槽組裝生產線。 上海電氣電站集團也于今年3月與中國科學院大連化學物理研究所揭牌成立PEM電解水制氫技術研發中心，簽訂了“兆瓦級模塊化高效PEM電解水制氫裝備及系統開發”項目合作協議。
吉電股份(000875)近日在投資者互動平臺表示，長春氫能產業基地的先導項目為PEM電解制氫裝備研發、制造項目;威孚高科也公開表示，公司將PEM電解水制氫系統業務規劃納入擬成立的氫能事業部業務范圍。
現階段國內外市場格局
在更多的企業選擇進入PEM電解水制氫裝備領域前，有必要先深入了解現有PEM電解水制氫裝備的市場格局及技術水平，以規避風險。 據悉，國際上純水制氫設備的商業化進程早在20年前就已經開啟，NEL-Proton、SIEMENS、ITM Power、Hydrogenics等公司幾乎囊括了世界范圍內的PEM電解制氫設備市場。過去10年間，全球加速推進可再生能源PEM電解水制氫示范項目建設，示范項目數量和單體規模呈現逐年擴大的趨勢，目前PEM水電解制氫已邁入10 MW級別示范應用階段。 具體來看，NEL-Proton PEM水電解制氫裝置的部署量超過2000套(分布于72個國家和地區)，擁有全球PEM水電解制氫70%的市場份額，具備集成10MW以上制氫系統的能力;收購了Hydrogenics的康明斯在今年5月宣布，計劃投資5000萬歐元在西班牙投建500MW /年的PEM電解槽工廠，用于生產綠氫。 在國內，聚焦PEM水電解制氫設備的公司及科研機構主要有中國船舶718所、中科院大化所、山東賽克賽斯、高成綠能、淳華氫能、深圳綠航等。 718所上半年在國內電解水制氫設備領域的市場占有率頗高，當前以堿水制氫為主，其客戶包括殼牌、國家能源、協鑫、寶武清能等。現階段718所正在重點發力PEM電解水制氫，其已擴容新建2大廠房，其中PEM電解水制氫設備年產能120臺/套。 “目前公司已經交付的PEM電解水設備訂單都是小型的電解槽。”718所技術部部長劉曉峰告訴高工氫電，公司已經交付的PEM電解槽都在20m³以下，今年上半年接到4臺50m³PEM電堆槽訂單預計將在9月底前交付。 山東賽克賽斯上半年電解水制氫設備的銷售額已達4000萬元，小型PEM電解水制氫裝置銷量達1500臺;大型設備訂單持續不斷，包括出口伊朗。“今年到現在一直沒閑著，訂單非常火爆，PEM電解水制氫設備有一個月的時間甚至供不應求。”該公司工程部總監侯力軍表示。 在綠氫發展呼聲高漲背景下，電解水制氫正迎來新一輪發展機遇，預計未來對大型PEM電解水制氫設備需求將進一步增加。
國內上述企業目前在小型PEM電解水制氫設備上已經有不錯的收獲，但針對大型PEM電解水制氫技術上還有較大的提升空間。這對于新入局者而言，無疑是挑戰與機遇并存。
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