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在堿水制氫（AWE）、PEM制氫和SOEC制氫三大技術路線中，PEM制氫技術的運行電流密度高、能耗低、產氫壓力高，適應可再生能源發(fā)電的波動性特征、易于與可再生能源消納相結合，被認為是電解水制氫的適宜方案。

隨著可再生能源制氫項目的增多，今年國內電解水制氫設備需求出現井噴，PEM制氫進展迅速。中國船舶718所、中科院大化所、山東賽克賽斯、高成綠能、淳華氫能、深圳綠航等多家公司在PEM制氫設備方面的訂單同比都有不同程度的增長。

PEM電解槽主要部件由內到外依次是質子交換膜、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴散層、陰陽極端板等，結構與燃料電池電堆類似，只是材料體系不同。在PEM制氫設備市場機遇凸顯的形勢下，當前已有少數PEM燃料電池電堆企業(yè)開始入局研發(fā)PEM電解槽，膜電極及雙極板企業(yè)也在跟進中，這在未來會成為普遍現象嗎？

技術門檻頗高

PEM電解水與PEM燃料電池互為逆反應，前者是電解水制氫，后者是氫氧反應生成水。PEM電解槽的結構與PEM燃料電池電堆類似，但PEM電解槽的材料體系與電堆相比有很大的差別，要真正做好PEM電解槽產品不容易。

淳化氫能副總經理李俊榮表示：“由于工作環(huán)境的差異，PEM電解槽對核心部件和材料耐久性和壽命的要求更高。要做好PEM電解槽，需要對催化劑和膜電極材料有較深的理解，并且需要做好電解槽的密封。”

電催化劑方面，PEM電解槽的電催化劑研究主要是Ir、Ru等貴金屬/氧化物及其二元、三元合金/混合氧化物，以鈦材料為載體的負載型催化劑，非貴金屬催化劑或非金屬催化劑的研發(fā)難度較大。

膜電極方面，PEM電解水的陽極需要耐酸性環(huán)境腐蝕、耐高電位腐蝕，應具有合適的孔洞結構以便氣體和水通過。PEM燃料電池中常用的膜電極材料（如碳材料）無法用于水電解陽極。為此，3M公司研發(fā)了納米結構薄膜（NSTF）電極，陰陽兩極分別采用Ir、Pt催化劑，載量均為0.25mg/c㎡。

雙極板方面，在PEM電解槽陽極嚴苛的工作環(huán)境下，若雙極板被腐蝕將會導致金屬離子浸出，進而污染PEM，因此常用的雙極板保護措施是在表面制備一層防腐涂層，其耐腐蝕要求比PEM燃料電池更高。

實力企業(yè)著手布局

正因為技術難度大，在PEM電解槽市場需求明顯提升的背景下，當前有研發(fā)跟進PEM電解槽及核心部件產品的也僅是個別頭部電堆、膜電極及雙極板企業(yè)，另外還有一些綜合實力強的國企及上市公司也開始了針對PEM電解水制氫裝備的技術研究與產業(yè)布局。

作為國內膜電極頭部企業(yè)，鴻基創(chuàng)能全資子公司鴻基創(chuàng)能科技（佛山）有限公司于今年5月與佛山市南海區(qū)人民政府正式簽署關于燃料電池高性能膜電極產業(yè)化項目的《投資合作協議》。該項目計劃投資1億元，建設燃料電池膜電極和PEM電解水制氫膜電極產業(yè)化基地。PEM電解水制氫膜電極是鴻基創(chuàng)能的新項目，今年內將完成中試，并在南海基地實現量產。

國內金屬雙極板龍頭企業(yè)上海治臻在6月舉行的FCVC2021上展示了PEM電解槽雙極板樣品，在尋求國內PEM電解槽企業(yè)合作。

此外，光伏巨頭之一陽光電源在今年3月推出國內首款最大功率250kW的SEP50 PEM制氫電解槽。該PEM制氫電解槽核心部件均為國產。為了配合市場需求，陽光電源已開始規(guī)劃建設全自動化電解槽組裝生產線。

上海電氣電站集團也于今年3月與中國科學院大連化學物理研究所揭牌成立PEM電解水制氫技術研發(fā)中心，簽訂了“兆瓦級模塊化高效PEM電解水制氫裝備及系統開發(fā)”項目合作協議。

吉電股份近日在投資者互動平臺表示，長春氫能產業(yè)基地的先導項目為PEM電解制氫裝備研發(fā)、制造項目；威孚高科也公開表示，公司將PEM電解水制氫系統業(yè)務規(guī)劃納入擬成立的氫能事業(yè)部業(yè)務范圍。

現階段國內外市場格局

在更多的企業(yè)選擇進入PEM電解水制氫裝備領域前，有必要先深入了解現有PEM電解水制氫裝備的市場格局及技術水平，以規(guī)避風險。

據悉，國際上純水制氫設備的商業(yè)化進程早在20年前就已經開啟，NEL-Proton、SIEMENS、ITM Power、Hydrogenics等公司幾乎囊括了世界范圍內的PEM電解制氫設備市場。過去10年間，全球加速推進可再生能源PEM電解水制氫示范項目建設，示范項目數量和單體規(guī)模呈現逐年擴大的趨勢，目前PEM水電解制氫已邁入10 MW級別示范應用階段。

具體來看，NEL-Proton PEM水電解制氫裝置的部署量超過2000套（分布于72個國家和地區(qū)），擁有全球PEM水電解制氫70%的市場份額，具備集成10MW以上制氫系統的能力；收購了Hydrogenics的康明斯在今年5月宣布，計劃投資5000萬歐元在西班牙投建500MW /年的PEM電解槽工廠，用于生產綠氫。

在國內，聚焦PEM水電解制氫設備的公司及科研機構主要有中國船舶718所、中科院大化所、山東賽克賽斯、高成綠能、淳華氫能、深圳綠航等。

718所上半年在國內電解水制氫設備領域的市場占有率頗高，當前以堿水制氫為主，其客戶包括殼牌、國家能源、協鑫、寶武清能等?，F階段718所正在重點發(fā)力PEM電解水制氫，其已擴容新建2大廠房，其中PEM電解水制氫設備年產能120臺/套。

“目前公司已經交付的PEM電解水設備訂單都是小型的電解槽。”718所技術部部長劉曉峰告訴記者，公司已經交付的PEM電解槽都在20m?以下，今年上半年接到4臺50m?PEM電堆槽訂單預計將在9月底前交付。

山東賽克賽斯上半年電解水制氫設備的銷售額已達4000萬元，小型PEM電解水制氫裝置銷量達1500臺；大型設備訂單持續(xù)不斷，包括出口伊朗。“今年到現在一直沒閑著，訂單非?；鸨?，PEM電解水制氫設備有一個月的時間甚至供不應求。”該公司工程部總監(jiān)侯力軍表示。

在綠氫發(fā)展呼聲高漲背景下，電解水制氫正迎來新一輪發(fā)展機遇，預計未來對大型PEM電解水制氫設備需求將進一步增加。

國內上述企業(yè)目前在小型PEM電解水制氫設備上已經有不錯的收獲，但針對大型PEM電解水制氫技術上還有較大的提升空間。這對于新入局者而言，無疑是挑戰(zhàn)與機遇并存。 

原標題：電堆企業(yè)開發(fā)PEM電解槽，可行嗎？