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電解水制氫技術(shù)主要有堿性水電解（Alkaline Electrolyzer, AE）制氫技術(shù)、質(zhì)子交換膜水電解（Proton Exchange Membrane Electrolyzer, PEME）制氫技術(shù)和固體氧化物水電解（Solid Oxide Electrolyzer, SOE）制氫技術(shù)。

從發(fā)展歷程來(lái)看，堿性水電解在20世紀(jì)前后開(kāi)始實(shí)現(xiàn)堿性水電解制氫技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，在經(jīng)歷了單極性到雙極性、小型到大型、常壓型到加壓型、手動(dòng)控制到全自動(dòng)控制的發(fā)展歷程后，堿性水電解制氫技術(shù)已逐步進(jìn)入成熟的工業(yè)化應(yīng)用階段。20世紀(jì)70年代起，質(zhì)子交換膜水電解制氫技術(shù)開(kāi)始獲得發(fā)展，并以其制氫效率高、設(shè)備集成化程度高及環(huán)境友好等特點(diǎn)成為水電解技術(shù)的研究重點(diǎn)，逐步實(shí)現(xiàn)從小型化到兆瓦級(jí)的發(fā)展。

目前，PEME制氫技術(shù)的瓶頸在于設(shè)備成本較高、壽命較低，且實(shí)際的電解效率還遠(yuǎn)低于理論效率（其制氫效率潛力有望超出AE制氫技術(shù)），因此歐美發(fā)達(dá)國(guó)家正重點(diǎn)開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)以突破技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)PEME制氫技術(shù)的更大發(fā)展。SOE制氫技術(shù)采用水蒸氣電解，高溫環(huán)境下工作，理論能效最高，但該技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。

目前，美國(guó)、日韓和歐洲均將電解水制氫技術(shù)視為未來(lái)的主流發(fā)展方向，聚焦AE制氫技術(shù)規(guī)?；蚉EME制氫技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，重點(diǎn)圍繞“電解效率”、“耐久性”和“設(shè)備成本”三個(gè)關(guān)鍵降本性能指標(biāo)推進(jìn)整體技術(shù)研發(fā)，電解水制氫成本結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)分析如圖1所示。

美國(guó)在2011年就制定了電解水制氫技術(shù)路線(xiàn)圖，如圖2所示，以2.3美元/kg制氫成本為目標(biāo)，設(shè)定了系統(tǒng)電解效率大于或等于75%，電解槽電解效率大于或等于77%，系統(tǒng)投資成本0.5$/kg的發(fā)展目標(biāo)。

在技術(shù)路線(xiàn)上，以PEME技術(shù)攻關(guān)為主，AE和SOE等多種電解水技術(shù)并行發(fā)展。在技術(shù)開(kāi)發(fā)上，PEME制氫技術(shù)具體則側(cè)重質(zhì)子交換膜、貴金屬催化劑等關(guān)鍵核心材料研究，以獲得更高的電解效率與壽命；同時(shí)，開(kāi)展低擔(dān)載量納米貴金屬催化劑、非貴金屬催化劑等的研究開(kāi)發(fā)，AE制氫技術(shù)，重點(diǎn)推進(jìn)高溫堿性電解水裝置的開(kāi)發(fā)，推進(jìn)高效率研究。

歐洲在2013年制定了電解水制氫技術(shù)路線(xiàn)，同樣以PEME技術(shù)為主、多種電解技術(shù)協(xié)同發(fā)展，技術(shù)關(guān)鍵指標(biāo)目標(biāo)如圖3所示。其中，2023年的技術(shù)目標(biāo)為：電解能耗≤50(kWh)/kgH2@1000kg/d、電解槽效率年衰減量小于1%（額定功率下年操作時(shí)間8000h）、設(shè)備投資成本小于1.5M/(t/d)。

PEME技術(shù)方面，歐洲一方面通過(guò)催化劑和電解質(zhì)膜等關(guān)鍵基礎(chǔ)材料的研究與開(kāi)發(fā)，提高電解效率，聚焦MW級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低設(shè)備投資成本；另一方面則建立PEME技術(shù)的性能評(píng)價(jià)與劣化評(píng)價(jià)體系，科學(xué)開(kāi)展技術(shù)的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效能評(píng)價(jià)。AE制氫方面，歐洲進(jìn)行了高溫與高壓兼容性堿性電解水裝置的開(kāi)發(fā)，并通過(guò)優(yōu)化外圍設(shè)備和操作條件，進(jìn)一步提高制氫效率。

日本在2014~2018年通過(guò)氫氣利用等先驅(qū)研發(fā)項(xiàng)目和氫社會(huì)構(gòu)建技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，著力推動(dòng)堿性電解水裝置開(kāi)發(fā)，尤其是2000Nm3/h大規(guī)模電解槽技術(shù)。2019年，日本通過(guò)對(duì)標(biāo)美國(guó)與歐洲電解水技術(shù)開(kāi)發(fā)路線(xiàn)，制定了AE與PEME水電解技術(shù)10年技術(shù)攻關(guān)目標(biāo)，注重電堆反應(yīng)機(jī)理和耐久性評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)化研究，并根據(jù)可再生能源發(fā)電量預(yù)測(cè)、電力供需調(diào)整、氫氣需求等各種信息，進(jìn)行系統(tǒng)層級(jí)優(yōu)化，提高電流密度、效率和耐久性，相關(guān)技術(shù)關(guān)鍵指標(biāo)目標(biāo)如圖4和圖5所示。

總的來(lái)說(shuō)，各國(guó)均對(duì)AE、PEME制氫技術(shù)同時(shí)進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)。其中，AE方面，近期以?xún)?yōu)化提升制氫效率與裝置規(guī)模放大為主要目標(biāo)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。

PEME方面，歐美國(guó)家持續(xù)開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，將其視為下一代主流電解水制氫技術(shù)，通過(guò)催化劑、隔膜、集電器、膜組件等核心材料和組件的研究及應(yīng)用，提高設(shè)備的電解效率和使用壽命，降低設(shè)備成本等。

同時(shí)，歐洲開(kāi)展了電解水制氫裝備性能評(píng)價(jià)與劣化評(píng)價(jià)的研究，在電解水制氫技術(shù)發(fā)展中具有重要意義。日本在吸收美國(guó)與歐洲電解水制氫技術(shù)路線(xiàn)的基礎(chǔ)上，著力聚焦AE與PEME的技術(shù)開(kāi)發(fā)，制定了最全面的技術(shù)目標(biāo)。

原標(biāo)題：國(guó)際電解水制氫技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)