1、AEM电解槽制氢成本低、稳定性高
根据观研M88体育官方网发布的《中国AEM电解槽产业发展趋势研究与未来投资预测M88体育官方(2024-2031年)》显示,AEM电解水技术基于AWE和PEM制氢技术发展起来。AEM制氢使用纯水或低浓度碱液作为电解质,水由阳极穿过AEM膜渗透到阴极,在阴极发生析氢反应产生OH-和氢气,OH-穿过AEM膜传导到阳极,并在阳极发生析氧反应。AEM电解槽与PEM电解槽结构相似,电解小室主要由阴离子交换膜、催化剂层、气体扩散层和双极板组成。
AEM优势
序号 |
优势简介 |
1 |
无贵金属催化剂、未来商业化后可以实现低成本 |
2 |
电流密度较高,能够在较低温度和压力下运行,拥有较高的电解效率 |
3 |
良好的动态响应特性,未来适合大规模可再生能源制氢 |
4 |
制氢稳定性高、制氢纯度较高,可以有效隔绝氢气和氧气 |
5 |
较AWE电解槽体积小 |
6 |
较AWE使用的碱液浓度更低,具有易处理、安全性高、降低运维成本等优点,可以实现绿色制造 |
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AEM技术现状与未来关键性能指标
指标 |
2020年 |
2050年目标 |
研发重点 |
电压范围(V) |
1.4~2.0 |
<2 |
电催化剂 |
工作温度(°C) |
40~60 |
80 |
膜、电催化剂 |
电池压力(MPa) |
<3.5 |
>7.0 |
膜 |
正常电流密度(A/cm2) |
0.2~2 |
>2 |
膜、电催化剂 |
电堆产氢功耗(KWh/Kg) |
51.5~66 |
<42 |
电催化剂、膜 |
系统产氢功耗(KWh/Kg) |
57~69 |
<45 |
氢厂平衡 |
负载范围 |
5~100% |
5~200% |
膜 |
电解效率 |
52~67% |
>75% |
电催化剂 |
H2纯度 |
99.9~99.999% |
>99.9999% |
膜 |
电堆生命周期(h) |
>5000 |
100000 |
膜、电极 |
≧1MW电堆成本(USD/KW) |
未知 |
<100 |
膜电极 |
≦10MW系统成本(USD/KW) |
未知 |
<200 |
整流器 |
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2、全球AEM电解槽仍处于研发初期,仅欧美部分厂商取得突破
目前,全球AEM电解槽产业仍处于研发初期,仅欧美部分厂商取得突破。欧盟FCH-JU于2020年启动AEM电解水制氢研发集群项目,其中由德国Evonik和Enapter等牵头的CHANNEL项目主要研究和开发2KW的AEM电解水系统,多个欧盟国家的企业和研究机构参与核心部件的研发。2023年5月德国Enapter推出全球首个MW级AEM电解槽;意大利Ansaldo Energia于2024年1月成功测试MW级AEM样机。不过,AEM电解槽大规格、高功率都尚待验证。
德国Enapter和Evonik的AEM电解系统研制CHANNEL项目
研究机构/企业 |
主要职责 |
挪威Sintef研究所 |
整个项目的组织者和协调者 |
德国Evonik(赢创) |
负责阴离子交换膜的开发和部分实地测试工作 |
德国Enapter |
负责设计、制造和测试AEM电解设备,并提供AEM系统所需的相应辅助设备 |
挪威科技大学 |
负责阴极镍基材料的设计和开发 |
德国于利希研究中心 |
负责阳极镍基材料的设计与开发,并协助组装AEM电解设备 |
荷兰壳牌 |
作为项目顾问,负责项目的技术经济分析和未来的市场规模预测 |
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3、我国AEM电解槽产业未进入产业化阶段,但企业发力明显
由于AEM核心部件AEM膜、催化剂的开发和应用尚未成熟,尤其是AEM膜的规模化和国产化难度最大。
我国AEM电解槽产业面临的挑战
挑战 |
简介 |
AEM膜的离子传导率较低 |
AEM膜的OH-离子传导率仅约PEM膜传导H+的一半 |
AEM膜的稳定性较低 |
AEM膜在长时间运行过程中,聚合物主链和有机阳离子基团易受OH-进攻而发生化学降解,降低了电解槽的稳定性和寿命 |
AEM膜需具备亲水性 |
对水分子的透过性较高,但可能导致水的损失和电解槽的效率降低 |
AEM膜具有较高阻隔气体性能 |
需具备良好的阻隔气体性能,同时隔绝电子让化学反应涉及的电子通过外电路传递 |
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不过,近几年,我国国产AEM电解槽企业发力明显。例如,稳石氢能于2023年推出2.5KW和10KW级别的AEM电解槽系统;清能股份在AEM膜上实现突破,在最新研制AEM槽实现42KWh制取1Kg氢气的超低能耗,并将铱和钛替换为低成本、储量丰富的材料。在核心材料与零部件方面,全球仅德国赢创Evonik、加拿大Ionomr、亿纬氢能、清能股份等成功研制出阴离子交换膜。
我国AEM电解槽明升体育m88备用企业进展情况
代表性企业和研究机构 |
主要进展 |
稳石氢能 |
1)基于对高强度阴离子膜的研究积累,对非贵金催化剂性能不断的突破,于2023年推出首款2.5KW电解槽系统,同年推出10KW电解槽系统。2)2024年6月,基于对可控弹性支撑层、热固化催化剂和密封的突破,稳石氢能完成了单槽250KW测试验证。3)通过新技术、新工艺实施以及产能效应释放,据悉,稳石氢能将在2024年四季度完成单槽1兆瓦AEM系统并发布。 |
亿纬氢能 |
2024年3月26日,亿纬氢能100KW AEM电解槽产品发布,采用使用自主研发的膜电极体系。预计将于今年年底推出兆瓦级AEM电解槽产品。 |
清能股份 |
1)2024年2月,宣布在新型AEM膜上取得重大技术突破。2)2024年6月,通过不断革新技术,清能股份的科学家们已经验证AEM电解槽在实验室条件下以0.35A/cm²的电流密度和1.56V/cell的电压下稳定运行。在此次AEM的技术创新中,清能股份发明了一种新型电极结构(专利申请中),具有高比表面积和优异的稳定性。同时,将铱和钛从电解槽设计中剔除,替换使用低成本、储量丰富的材料。3)据悉,清能股份计划在2024年底推出新型兆瓦级高效率的AEM电解槽。 |
卧龙英耐德 |
2024年3月由德国Enapter和卧龙电驱合资设立,致力于AEM电解槽技术相关产品在中国区域的发展。 |
德林海零碳 |
是上市公司无锡德林海的全资子公司,2024年4月德林海零碳发布了“全球首创1Nm³/h 22M PaAEM电解槽”重要研究成果。 |
中科院大连化物所 |
2024年4月,中国科学院大连化学物理研究所在自支撑非贵金属OER电极设计及其在阴离子交换膜(AEM)海水电解应用研究中取得重要进展。 |
普发动力 |
2024年5月展出3KW AEM制氢系统,公司AEM制氢系统共3KW、30KW、200KW的3个系列,额定工况下能耗低至4.5KWh/Nm³,适应波动范围20%~110%。 |
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