PEM电解槽大标方“突围”

PEM电解槽正在向更大标方突破。

相比于碱性电解槽领域动辄出现2000标方的产品，PEM电解槽在单槽制氢能力上还存在较大的差距，如何有效提升产氢能力和加快降本，是困扰所有PEM电解槽企业的难题。

今年以来，随着多家企业研发的深入，PEM电解槽在单槽产氢能力上有了较大的突破，无论是以派瑞氢能、赛克赛斯等为代表的老玩家，还是以阳光氢能、氢晨科技等转型而来的新势力，国产PEM电解槽的单槽产氢能力开始往300标方乃至500标方以上突破。

“PEM电解槽想要从200标方跨越到1000标方，技术难度是几何级增加的。”国内一家PEM电解槽创始人告诉高工氢电，PEM电解槽往更大标方的方向发展，在提升制氢能力的同时，意味着材料和制备工艺必须升级。

新技术的突破离不开市场需求的增加，国内发展大标方PEM电解槽主要是得益于绿氢项目对于PEM电解槽需求的显著增长。

根据高工氢电产业研究所（GGII）《中国电解水制氢项目数据库》，截至2023年9月底，国内建成及在建PEM制氢项目将近30个，其中PEM制氢装机规模合计将近100MW，绝大部分为可再生能源制氢项目，国内PEM制氢绿氢项目开始进入百兆瓦规模化示范时代。

绿氢示范项目的井喷也带来PEM电解水制氢准过被出货量的显著增长。GGII预计，2025年中国PEM电解水制氢装备出货量有望达到500MW，到2030年增长至19GW，2022-2030年均复合增长率为124%。

从国内主要PEM电解水制氢设备领域的近期表现来看，已经招标和落地的多个项目都在往更大标方的方向发展，其中200标方的PEM电解槽已经逐渐成熟，开始进入示范应用阶段。

10月11日，中国能建发布2023年制氢设备集中采购招标。预估总量为125套，分为2个标段，001 ALK电解槽1000Nm³/h，002 PEM电解槽200Nm³/h。潜在投标人可以对某一标段或全部标段进行投标，兼投兼中。

9月28日，华电德令哈1000MW光伏发电配套的PEM电解水制氢示范工程项目制出青海省第一方纯度99.999%的绿氢，该项目设置3套200Nm³/h（标准立方米每小时）的PEM电解水制氢系统，年制氢能力153吨。该项目的成功产氢，也意味着PEM电解槽在高海拔地区制氢成为现实。

随着绿氢项目的爆发，燃料电池企业也开始在PEM电解槽这个赛道发力，一出手就是大标方的产品亮相。

9月，由氢晨科技全资子公司上海氢盛创合能源科技有限公司（下称“氢盛能源”）EPC总承包的山西鹏飞集团郑旺氢能科技有限公司3x500Nm³/h水电解制绿氢项目正式投入运行，这是全国首套干熄焦余热发电制氢项目正式投产。此次交付的3套PEM 500Nm³/h水电解制氢撬装设备，采用的是其在今年7月发布的250标方兆瓦级大功率PEM电解槽，这也意味着着氢晨科技正式进入氢储能领域。

从下游的需求来看，200标方未必能满足所有需求，一些绿氢招标项目已经把需求提升到500标方的级别。

7月26日，中能建松原氢能产业园（绿色氢氨醇一体化）项目环境影响报告书受理公示，在其分三期建设的60万吨绿色合成氨/醇和氢能装备产业生产线项目中，一期项目建设20万吨绿氢合成氨、年产3.7万吨电解水制氢装置，该项目的6座电解制氢单元中，就包括4台500Nm³/h PEM电解槽。

一直以来，我国PEM制氢企业布局中更多聚焦在小型电解槽的生产，这些产品主要应用于氢健康领域。随着国内兆瓦级 PEM 制氢技术在加氢站现场制氢、风电等可再生能源电解水制氢等领域探索初步的示范应用。今年以来，派瑞氢能、阳光氢能、氢盛能源、赛克赛斯、淳华氢能、长春绿动、氢晨科技、融科氢能等多家公司都推出了单槽产氢量达 200标方乃至300标方的产品。

高工氢电在调研过程中了解到，赛克赛斯在继300标方级PEM电解槽产品交付出货后，公司正在研发500标方至1000标方的大功率PEM电解槽产品；派瑞氢能方面已经研发推出了单槽300标方的PEM电解槽和1.5MW的PEM电解水制氢系统；阳光氢能成熟产品是200标方PEM电解槽，其已经成功研发了300标方的PEM电解槽，待合适时机再对外推出。

从技术层面来看，国产 PEM 电解槽取得了长足进步，但在技术成熟度、装置规模、关 键材料性能和可靠性验证等方面和国外先进水平相比还存在一定差距，国 内 PEM 制氢技术 还有很大的进步空间。

现阶段，国际上具备PEM电解槽设计和制造能力的企业不少，Nel、西门子和康明斯都其中的佼佼者。以Nel公司为例，其历史可以追溯到1927年，公司主要从事氢电解槽制造与加氢站业务，是全球最大的氢电解槽供应商、加氢站供应商。

收购Proton Onsite之后，NEL公司PEM电解水制氢设备涵盖了从1.05Nm³/h到5000 Nm³/h的各种规格型号产品，其目前成熟应用的PEM单电解槽制氢能力可达250Nm³/h。其推出了便于户外使用的集装箱式PEM电解槽产品，可广泛应用于工业、运输和可再生能源制氢等场景。

现阶段，只有达到兆瓦级的PEM电解水制氢项目才会用上200标方以上的PEM制氢系统，但是由于PEM电解水制氢设备价格过于昂贵，目前大规模电解水制氢市场基本被碱性电解水制氢设备占据。

目前国内市场成熟应用的碱性电解水制氢设备制氢能力已经突破到1000标方以上，其中1000标方的碱性电解水制氢设备价格大约在800万元左右，而具备同样制氢能力的PEM电解水制氢设备的价格则是碱性电解水制氢设备的3到4倍。

成本高、价格贵是影响大标方PEM电解水制氢设备的市场应用扩张的主要因素，技术层面的瓶颈则主要体现在PEM电解槽的核心材料方面。

以PEM电解水制氢所需的膜电极为例，虽然与氢燃料电池所用膜电极的名字相同、原理接近，但两者之间仍存在明显的材料和技术难度差异。

一是所用质子膜的厚度、溶胀率不同。燃料电池质子膜厚度只有8-10微米，溶胀率较低，因此在连续卷对卷涂布时相对容易，质子膜不易出现变形；而电解水制氢所用的质子膜多采用115、117型号的均质膜，厚度在150-200微米之间，相对较厚，溶胀率较高，因此在涂布时，质子膜可能会出现溶胀、变形等情况。因此，电解水膜电极的涂布设备需要特殊的设计，不能直接利用燃料电池膜电极的涂布装备。

二是所用的催化剂及催化剂沉降情况不同。燃料电池膜电极使用的催化剂为铂碳，比重小不易在浆料中出现沉降现象；水电解所用催化剂为氧化铱，比重大且没有载体，因此在制作浆料过程中易出现聚集及沉降现象。

事实上，当PEM电解槽往更大标方的方向拓展时，所面临的材料和制造工艺难题就会成倍增加。

目前国产 PEM 电解槽的电流密度多在 1-2A/c m² 之间，能耗则在 4.5-5 kWh/ m³ 。虽然PEM电解槽在绿氢项目上的应用规模呈较快的增长趋势，但整体而言应用案例还偏少，国产PEM 电解槽产品性能还需长久测试和验证。