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03 影響PEM水電解制氫推廣的瓶頸

PEM水電解槽主要部件由內(nèi)到外依次是質(zhì)子交換膜、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端板等。

其中擴散層、催化層與質(zhì)子交換膜組成膜電極，是整個水電解槽物料傳輸以及電化學反應的主場所，膜電極特性與結構直接影響PEM水電解槽的性能和壽命。

資料來源：《PEM：最具潛力的電解水制氫技術》

在投資成本方面，過去5年電解槽成本已下降了40％，但是目前PEM電解成本投入仍舊比堿性電解水至少多一倍。投資和運行成本仍然是PEM水電解制氫亟待解決的主要問題。

電解槽是電解水制氫系統(tǒng)的核心部分。從成本構成來看，電解槽在制氫系統(tǒng)總成本中的占比約為40％－50％。

而質(zhì)子交換膜是電解槽的核心部分，不僅傳導質(zhì)子，隔離氫氣和氧氣，而且還為催化劑提供支撐，其性能的好壞直接決定水電解槽的性能和使用壽命，因此在整個設備中至關重要。

區(qū)別于堿性水電解制氫，PEM水電解制氫選用具有良好化學穩(wěn)定性、質(zhì)子傳導性、氣體分離性的全氟磺酸質(zhì)子交換膜作為固體電解質(zhì)替代石棉膜，能有效阻止電子傳遞，提高電解槽安全性。

質(zhì)子交換膜制備曾長期被杜邦、戈爾等美國和日本少數(shù)廠家壟斷，目前主要使用杜邦的nafion－711和511系列。該系列主要采用全氟磺酸樹脂制造，膜厚度是普通燃料電池交換膜的10－15倍，因此整體成本非常高。

目前，國內(nèi)東岳、科潤等企業(yè)正積極布局，東岳150萬平米質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線一期工程已投產(chǎn)，科潤100萬平米質(zhì)子交換膜項目也已開工。隨著國內(nèi)技術的不斷突破，國產(chǎn)質(zhì)子交換膜實現(xiàn)進口替代的空間巨大。

貴金屬催化劑方面，PEM膜電極陽極和陰極主要使用鉑和銥兩種貴金屬催化劑。

可是，從上游資源的分布來看，這兩種貴金屬在國內(nèi)的儲量非常少，主要分布在南非、俄羅斯、南美等地區(qū)，一旦PEM制氫大規(guī)模使用，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)就會面臨原材料極度依賴外國進口的供應鏈風險。

與此同時，國內(nèi)這兩種催化劑的制作工藝和產(chǎn)能水平還無法與JohnsonMatthey等外資品牌媲美，國內(nèi)PEM設備企業(yè)進口鉑和銥催化劑的需求仍比較明顯。

擴散層材料方面，目前行業(yè)內(nèi)主要使用燒結氈、鈦氈和碳氈等材料路線，其中陽極以鈦氈效果最高，陰極主要使用碳氈，為了實現(xiàn)材料與自家工藝的最佳配合，擴散層填充材料基本上都是需要定制，這也是體現(xiàn)各家工藝水平的核心環(huán)節(jié)之一。

雖然目前不少國內(nèi)企業(yè)都有類似的產(chǎn)品在送樣測試，但整體的效果和國外同行還有較大的差距。

除了擴散層陽極填充材料，雙極板、端板等零部件都是使用鈦合金材料以防止發(fā)生氫脆現(xiàn)象，提高設備整體的安全性。鈦合金難加工，對國產(chǎn)企業(yè)的加工精度水平也提出非常高的要求。

總體來說，PEM制氫在國內(nèi)發(fā)展方興未艾，需要攻克多個技術環(huán)節(jié)，要實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，道阻且長。

然而，在未來能源版圖中，氫能無疑是一塊重要拼圖，在國家積極推動和資本介入下，實現(xiàn)國產(chǎn)化替代的前景較為樂觀。

04 結語

在碳中和的背景下，新能源替代傳統(tǒng)能源是歷史發(fā)展的必然趨勢。

能源對于一個國家的重要性不言而喻。國與國的競爭從傳統(tǒng)能源的爭奪逐步過渡到新能源建設的競爭上。

各國政府都在大力支持氫能技術的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)布局，通過密集的扶持政策出臺爭取先人一步。

有了政府大規(guī)模的扶持和補貼，相信氫能的商用時間一定會早于預期。

現(xiàn)階段，首先要做的是推開氫能產(chǎn)業(yè)的第一重門，那便是PEM電解水技術國產(chǎn)化替代。

       原文標題 : 推開萬億氫能賽道的第一重門