PEM电解槽极板赛道“开跑”

PEM电解水制氢的蓬勃发展带动了相关零部件的兴起，钛金属成型极板开始受到各大企业的关注。目前治臻股份、金泉益、云帆氢能、 浙江菲尔特、 三佳机械、 亿安腾、 亿海鑫、博源新能源等企业均已“杀入”其中，同时安泰环境、中钛国创等企业正在布局相关产品研发。

PEM电解槽钛板 市场空间预计有多大？ 以哪种技术工艺为主？制备过程尚存在什么挑战？市场需求是否已经释放？本文围绕业界普遍关注的问题，展开介绍：

PEM电解水制氢具有电流密度大、氢气纯度高、动态响应速度快等优点，能适应可再生能源发电的波动性，被认为是极具发展前景的电解水制氢技术。绿氢发展浪潮下，PEM电解水制氢正迎来高增长期。高工氢电产业研究所（GGII）预计，2023年中国PEM电解水制氢装备出货量有望达到0.08GW，到2030年增长至19GW，年均复合增长率为124%。

PEM制氢发展上行给供应链企业带来巨大发展空间，前来落子布局抢占发展先机者络绎不绝。在这其中，双极板细分赛道尤为活跃。 治臻股份、金泉益、云帆氢能、 浙江菲尔特、 亿安腾、三佳机械、亿海鑫 等均宣布已经开发出适用于PEM制氢的双极板。

比如治臻股份，已经成功研制出拥有自主知识产权的PEM电解槽金属极板并已经形成产能。其中EC500PEM极板，可以支撑50标方的电解槽的组装；EC1500PEM极板，可以支持200标方左右的电解槽组装。

金泉益已向客户交付蚀刻PEM双极板累计2万多片，且在PEM双极极板蚀刻药水配置进行了升级到3代。云帆氢能目前已推出4款PEM电解水双极板，可支持1-100标方PEM电解水。浙江菲尔特可提供客制化自主研发创新的蚀刻PEM双极板。

亿安腾可提供双极板、气体扩散电极、催化涂层的完整解决方案；三佳机械已经研发出产品，在接受客户询单；亿海鑫基于金属加工全产业链优势已经实现批量供应。这类新公司还在持续增多，包括铂瑞、星氢源、博源新能源等。

虽然目前PEM制氢还处于商业化推广前期阶段，但企业纷纷表示向高工氢电表示看好PEM制氢赛道，希望通过前瞻性布局在市场全面爆发时获得发展先机。

“PEM电解槽制氢效率更高，优点很明显，不过成本较高。不过我们认为PEM制氢成本未来一定会快速下降。现在国内就有几个项目采用碱性+PEM组合的方式，未来PEM制氢应用空间将非常大。提前对相关部件进行布局，很有必要。”一位业内人士告诉高工氢电。

PEM电解槽双极板和燃料电池双极板在结构、材料、制备工艺方面有一定差异。 结构方面，PEM电解槽双极板不需要加入冷却液对设备进行冷却，使用一板两场的结构就可以满足运行需求，相比于燃料电池双极板两板三场的结构更为简单。

在材料方面，PEM电解槽中阳极的电位过高，燃料电池常用的石墨板或者不锈钢制金属板容易被腐蚀降解。使用钛材料可以很好的避免金属腐蚀导致的离子浸出，预防催化剂的活化电位受到干扰。这也是国内PEM电解槽双极板基本是钛基双极板的原因所在。不过由于钛受到腐蚀后，容易在表面形成钝化层，增大电阻，因此通常会在钛板上再涂覆贵金属涂层（比如 铂、铱、金、镍、锆等，目前多为铂、金 ）来保护钛板。

PEM钛板的制备有蚀刻、机加工和 冲压 三种不同的工艺路线，目前应用主流是蚀刻工艺，蚀刻工艺的最大优点在于交付的及时性和小批量定制的性价比高，比较符合当前PEM制氢发展阶段下的市场需求特点；常规的燃料电池双极板主流应用的机加工对钛金属材料进行表面加工时难度大、周期长、效率低，目前采用这种工艺路线的已经非常少。

冲压工艺则比较适合对标准件进行制备，适用于未来PEM电解槽大规模商用阶段。目前该工艺整体处于调试储备阶段。不过由于这种工艺会使基材厚度有明显下降，可降低双极板的制造成本，现在也已经有企业研发并推出冲压双极板，代表企业是治臻股份，另外三佳机械也在考量这一工艺路线。

现阶段，PEM电解槽钛板的制造仍存在几大挑战，那就是面向大标方、长寿命电解槽需求，PEM电解槽钛板需要突破大面积均一化结构、长寿命运行、低成本制备多重挑战。 具体包括：目前PEM电解槽在快速向能源级迭进，面向大功率高性能的电解槽一定是大面积的，在外在表现上就是大尺寸产品和大的反应面积。而要确保如此大幅宽的产品能够准确呈现所设计的流场结构，并在制造时有较好的一致性、稳定性和可靠性，需要材料端、加工端、设备端从微观和宏观角度有高度的技术协同。目前国内企业能够较好做到这一点的，还不多。

长寿命方面，与燃料电池系统相比，PEM电解槽工作环境更为恶劣，金属极板需要一直处于强酸、氧化环境中，因此对表面涂层后钛板的耐久性要求更高，目前市场在供PEM电解槽钛板多数尚未对寿命进行实测，寿命预计普遍在数千小时，少数企业能达到几万小时，而电解槽期望（或理想）寿命是10万小时。

低成本制备方面，PEM钛板本身价格不低，再加上表面还需涂覆贵金属涂层来确保钛板的耐腐蚀性和导电性，这使其整个制造成本在PEM电解槽中占比较大（如下图）。不过目前大家已在尝试推动降本。有的在通过采用减少贵金属用量推动钛板降本；有的通过增加涂层厚度方式推动钛板降本；另外还有不少企业和科研院所在优化流道设计，或尝试使用其他价格低廉的材料来代替钛，以此实现双极板降本。

因为应用环境不同以及对耐腐蚀性有较高要求，PEM电解槽钛板的厚度比燃料电池金属双极板的要厚。燃料电池金属板通常在0.075-0.1mm（0.1mm居多）；PEM制氢钛板中冲压板和无流道型板一般是0.5-0.8mm，蚀刻板厚度可做到1.0-5.0mm，目前实际应用以1.0-2.0mm为主。

在尺寸方面，PEM电解槽钛板尺寸通常根据客户需求来设计，市场还没到形成标准化产品的阶段。目前市场在供PEM电解槽钛板企业基本都可以提供客制服务。

成本方面，现阶段PEM电解槽钛板的价格比较高，这一方面是钛基材价格较高，一方面是涂层材料含有贵金属。这两者一个属于轻金属，一个属于贵金属，市场价格波动幅度小，降本空间非常窄。 对于钛板降本，业界认为可行路径还是实现规模化。不过鉴于PEM制氢在国内尚处于商业化早期阶段，通过规模化降本的“子弹”可能还在再飞一段时间 。

另外在密封封装方面，PEM电解槽钛板长期处于酸性环境中，对板的气密性也提出了更高要求。PEM电解槽钛板密封泄露途径有两个，一个是本体泄露，一个是界面泄露。怎么避免密封泄漏、实现低成本高性能封装，也是PEM钛板制备过程中存在的挑战之一。目前国内对这方面的研究以及相关专利技术还偏少。

PEM电解槽双极板相对于燃料电池双极板在制备上要简单，但由于目前尚属于新兴赛道，在技术与材料应用上还有上升空间。不过随着越来越多的选手入局角逐，相信这些问题很快会找到“最优解”。 PEM电解槽双极板市场将越来越热闹。

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