当前国内PEM电解槽市场尚未起量，近三年国内市场从应用端的角度看PEM电解槽的累计需求比例仅约7%，对PEM电解槽的需求规模合计约110MW，而设备成本过高是其实现大规模产业化应用的主要障碍。

因此对PEM电解槽企业来说，降本是当前头号大事。

合肥动量守恒绿色能源有限公司（以下简称“动量守恒”）创立于2021年，专注于PEM电解槽核心材料与器件的研发和生产，在PEM电解槽关键材料和核心器件进行了系统地、深入地研究，开发了PEM低铱阳极催化剂、阳极直通孔结构多孔传输层、“六合一”复合一体化双极板，可有效实现PEM电解槽的降本。

1. 从需求端和供给端看绿氢的产业地位

我们国家的光伏和风电，不但是存量装机量，而且新增装机量都是全球的绝对主力，光伏组件和风机的制造业产能也一大半都在中国，未来再继续按照现在的速度每年几百GW新增装机，未来绿电如何消纳，这是一个重大的问题。

重工业是全球碳排放最多的行业之一，它们减排特别困难，对绿色燃料产生了巨大的需求。

动量守恒总经理毛学伟认为，全球产业界在这两者中间找到一个好的结合点，即绿氢，因此，绿氢将会成为未来不管是中国还是全球，新增风电、光伏投资的重要消纳渠道，也将是重工业实现深度脱碳比较优的路径，或者说是为数不多的路径之一。

针对风光制氢项目，我们该怎么评价呢？最近几年包括中国、欧美、中东、北非立项非常多的风光制氢项目，以往我们看一个投资项目，评价方法比较常用的是回收期、IRR、ROE，动量守恒用ROE剖析了风光制氢项目对技术的核心需求。

净资本收益率，是对任何一个投资项目都是非常关键的财务评价指标，它跟LCOH（氢气的平准化成本）成反相关，LCOH与单位氢耗电量、设备折旧费呈正相关，而设备折旧费与设备购入成本和设备使用年限相关，因此我们总结，ROE跟寿命、性能成正相关，与成本成反相关。

动量守恒风光制氢项目财务相关性评估模型

ALK和PEM是主要的电解水制取技术路线，对于ALK和PEM两条技术路线是什么关系呢？最近几年大家讨论比较多，有些人觉得ALK和PEM是互相颠覆的关系。动量守恒总经理毛学伟认为，ALK和PEM未来将是长期共存的状态，它们将共同协同推进风光制氢项目LCOH的持续降低。

然而，最近两年，特别是国内风光制氢项目中，PEM装机量占比非常低，甚至很多项目可能没有PEM装机，这是什么原因？

毛学伟表示，PEM电解槽装机量占比反比于PEM与碱性单位成本倍数。比如现在整个行业平均水平PEM是碱性成本的5倍，我们认为PEM装机量占比不会超过10%，甚至不会超过5%的占比，如果未来随着PEM降本，跟碱性成本的倍数从5倍降到4倍、3倍甚至1倍，我们认为PEM装机量占比会提高10%，甚至30%以上。

长期来看，PEM和碱性电解槽之间成本没有倍数差，只有百分比差。比如高30%-80%。

动量守恒PEM/ALK成本倍数与PEM装机量占比情况分析

2. 动量守恒PEM降本思路

PEM电解槽核心材料主要就是质子交换膜和催化剂，质子交换膜和催化剂主要依赖于进口，目前也在陆续国产替代，但需要更多示范项目去验证。另外，PEM电解槽关键器件主要特指钛基器件，双极板、多孔传输层和贵金属涂层。

沿着核心材料和关键器件这两个路线，动量守恒总经理毛学伟提出了他们的降本思路。

核心材料的主要方向应瞄准增效为主。

膜电极在整个PEM电解槽成本占比不是最大的，大概是30%或40%以下，但对寿命和性能的影响却是巨大的、决定性的，应着重考虑提升性能和寿命，这样做的话，边际收益是最大的。

催化剂寿命是第一位的，然后才是性能，在两者保证下逐步降低它的载量，从而实现降本。同时，膜电极一致性、批量化制备，消氢设计等也有利于降本。

对于关键器件，钛基器件在整个PEM电解槽内成本占比比较高，应该着重考虑降低成本，这样做在财务上，边际收益是最大的；双极板和多孔传输层更多要考虑加工工艺，贵金属涂层可以开发新兴的涂层工艺，降低贵金属用量。

动量守恒PEM电解槽降本思路

3. 动量守恒的降本解决方案

沿着PEM电解槽关键材料和关键器件两条降本增效思路，动量守恒有什么样的对策？对此，动量守恒总经理毛学伟也给出了他的解决方案。

首先，动量守恒专注于做核心材料和器件的供应商，属于PEM电解槽的供应商，主要在阳极催化剂、SP-PTL和一体化双极板这三个方向进行相应研发。

对于PEM阳极催化剂铱有两款产品，多孔氧化铱催化剂，是三维结构；钛负载型催化剂，低铱产品，这个项目也得到了国家重点研发计划项目的支持。这些催化剂每批次生产量已经达到了300克以上，日产超过600克，能够达到高一致性、批量化制备，同时也获得了兆瓦级的应用。

动量守恒两款催化剂的实测数据

对于传输层，动量守恒独创了一种高有序化直通孔结构的阳极多孔传输层（SP-PTL），每平米超过1.7亿个直通孔，厚度公差3微米以内，非常有益于电堆组装，相关特点如下：

第一，它有梯型排列的孔，动量守恒用了可视化夹具做了很多研究，发现在气泡排出过程中，所有气泡全部是从梯型中间排出，而且这些气泡尺寸不可能超过40微米，因为被梯形孔的高度限制了，水可以走两边下去，对流效果最好；

第二，它是体结构，导致它跟催化层接触是面接触，阻抗比较低，且特别有利于散热；

最后，它表面特别光滑，我们可以开发物理性的镀铂工艺，镀铂量很低，且防腐做得很好，这是它本身具有的优势。

动量守恒最近做了很多研究，根据动量守恒实测数据可以看到SP-PTL和钛毡的电压斜率（也就是寿命）在5000小时到7000小时以上的尺度上发生了分歧。整个阳极PEM电解槽是四象场，包含水、气、电、热。

阳极多孔传输层实测数据

基于测试结果，动量守恒讨论了有序和无序化四相场对电解槽产生的影响，给出的结论是阳极有序化四相场可以更好地保护膜电极，让膜电极寿命更加长，并对此进行了如下解释。

第一，有序化可以让热量分布更加均匀，就是焦耳热和欧姆热，因为它导热性比较好。

第二，电流不存在竞争，电场分布更加均匀。

基于以上两个主要因素，直通孔有序化结构多孔传输层在PEM电解槽内具有下述的优势：一是传质更好，二是镀铂成本更低，三是稳定性更优异，对膜电极保护得更好。

对于双极板，动量守恒基于现有的SP-PTL拓展了“六合一”一体化双极板，钛板阳极端由直通孔结构多孔传输层、一层细的钛网、粗的钛网组成，然后在钛板阴极端加一层粗钛网和细钛网，形成了“六合一”一体化双极板，具有如下优势。

第一，工艺比较简便，六个部件复合在一起，通过焊接和中低温烧结在一起，避免以往在钛板做蚀刻等复杂的工艺。

第二，原材料比较易得，除了SP-PTL之外，所有钛网和钛板全部是标准工业化产品，非常容易购买，成本比较低。

第三，降低内阻，以往钛毡和双极板是两个零部件，现在变成了一个零部件，内部电阻消失为零。

第四，减少镀铂，“六合一”是一个零部件，就在阳面镀一层铂，阴面镀一层石墨，以往钛毡要两面镀铂，双极板阳面要镀铂，现在降到只需要一面镀铂，这大大降低了铂金的用量，从而降低大约60%的镀铂成本。

动量守恒“六合一”一体化双极板

除了PEM电解槽关键材料和关键器件外，动量守恒基于现有材料和器件技术做了横向拓展，产品拓展到了AEM电解槽和二氧化碳电还原领域。

在PEM电解槽内，传输层材料为钛材，基于做钛基传输层的工艺，我们将材料换为镍材料，开发了直通孔结构的镍基传输层和电极。同时，动量守恒沿着这个思路也做了二氧化碳电还原钛阳极器件（钛基SP-PTL表面镀铱的多孔传输电极）。目前，这两块产品应用已经有了平方米级的客户。

最后，在产能布局规划上毛学伟表示，动量守恒目前在合肥已有1条催化剂产线、1条PTL量产线、1条一体化双极板焊接线、2条膜电极试验线和60个测试通道，未来计划在合肥和长春新增一些产能。

       原文标题 : 动量守恒 毛学伟：PEM电解水关键材料和核心器件降本增效之路