03 影响PEM水电解制氢推广的瓶颈

PEM水电解槽主要部件由内到外依次是质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板等。

其中扩散层、催化层与质子交换膜组成膜电极，是整个水电解槽物料传输以及电化学反应的主场所，膜电极特性与结构直接影响PEM水电解槽的性能和寿命。

资料来源：《PEM：最具潜力的电解水制氢技术》

在投资成本方面，过去5年电解槽成本已下降了40％，但是目前PEM电解成本投入仍旧比碱性电解水至少多一倍。投资和运行成本仍然是PEM水电解制氢亟待解决的主要问题。

电解槽是电解水制氢系统的核心部分。从成本构成来看，电解槽在制氢系统总成本中的占比约为40％－50％。

而质子交换膜是电解槽的核心部分，不仅传导质子，隔离氢气和氧气，而且还为催化剂提供支撑，其性能的好坏直接决定水电解槽的性能和使用寿命，因此在整个设备中至关重要。

区别于碱性水电解制氢，PEM水电解制氢选用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜作为固体电解质替代石棉膜，能有效阻止电子传递，提高电解槽安全性。

质子交换膜制备曾长期被杜邦、戈尔等美国和日本少数厂家垄断，目前主要使用杜邦的nafion－711和511系列。该系列主要采用全氟磺酸树脂制造，膜厚度是普通燃料电池交换膜的10－15倍，因此整体成本非常高。

目前，国内东岳、科润等企业正积极布局，东岳150万平米质子交换膜生产线一期工程已投产，科润100万平米质子交换膜项目也已开工。随着国内技术的不断突破，国产质子交换膜实现进口替代的空间巨大。

贵金属催化剂方面，PEM膜电极阳极和阴极主要使用铂和铱两种贵金属催化剂。

可是，从上游资源的分布来看，这两种贵金属在国内的储量非常少，主要分布在南非、俄罗斯、南美等地区，一旦PEM制氢大规模使用，国内产业就会面临原材料极度依赖外国进口的供应链风险。

与此同时，国内这两种催化剂的制作工艺和产能水平还无法与JohnsonMatthey等外资品牌媲美，国内PEM设备企业进口铂和铱催化剂的需求仍比较明显。

扩散层材料方面，目前行业内主要使用烧结毡、钛毡和碳毡等材料路线，其中阳极以钛毡效果最高，阴极主要使用碳毡，为了实现材料与自家工艺的最佳配合，扩散层填充材料基本上都是需要定制，这也是体现各家工艺水平的核心环节之一。

虽然目前不少国内企业都有类似的产品在送样测试，但整体的效果和国外同行还有较大的差距。

除了扩散层阳极填充材料，双极板、端板等零部件都是使用钛合金材料以防止发生氢脆现象，提高设备整体的安全性。钛合金难加工，对国产企业的加工精度水平也提出非常高的要求。

总体来说，PEM制氢在国内发展方兴未艾，需要攻克多个技术环节，要实现大规模商业化，道阻且长。

然而，在未来能源版图中，氢能无疑是一块重要拼图，在国家积极推动和资本介入下，实现国产化替代的前景较为乐观。

04 结语

在碳中和的背景下，新能源替代传统能源是历史发展的必然趋势。

能源对于一个国家的重要性不言而喻。国与国的竞争从传统能源的争夺逐步过渡到新能源建设的竞争上。

各国政府都在大力支持氢能技术的研发与产业布局，通过密集的扶持政策出台争取先人一步。

有了政府大规模的扶持和补贴，相信氢能的商用时间一定会早于预期。

现阶段，首先要做的是推开氢能产业的第一重门，那便是PEM电解水技术国产化替代。

       原文标题 : 推开万亿氢能赛道的第一重门