02 PEM電解水技術(shù)

電解水制氫的基本原理，是水分子在直流電作用下解離生成氧氣和氫氣，分別從電解槽的陽(yáng)極和陰極析出，具體可分為堿性水電解、質(zhì)子交換膜水電解（PEM）、陰離子交換膜水電解（AEM）以及固體氧化物水電解（SOE）四種技術(shù)路線。

目前堿性水電解與PEM的產(chǎn)業(yè)化程度相對(duì)較高。

堿性電解水技術(shù)最為成熟，其采用氫氧化鉀水溶液作為電解質(zhì)，以石棉為隔膜，分離水產(chǎn)生氫氣和氧氣。

由于是堿性條件，因此可以使用非貴金屬電催化劑，因此電解槽造價(jià)成本較低；但是，難以快速啟動(dòng)和變載，無(wú)法快速調(diào)節(jié)制氫速度，因此與可再生能源適配性較差。

從技術(shù)角度看，PEM電解水技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，許多新建項(xiàng)目開(kāi)始轉(zhuǎn)向選擇PEM電解技術(shù)，近年開(kāi)始獲得較多的市場(chǎng)份額。

相較堿性電解水技術(shù)，PEM電解采用純水電解，無(wú)污染、無(wú)腐蝕；其次，質(zhì)子交換膜擁有更高的質(zhì)子傳導(dǎo)性，電解槽工作電流可大大提高，從而提升電解效率。

同時(shí)PEM電解水技術(shù)能夠提供更寬的負(fù)載范圍和更短的響應(yīng)啟動(dòng)時(shí)間，與水電、風(fēng)電、光伏（發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性較大）具有良好的匹配性，最適合未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

近年來(lái)，PEM電解水技術(shù)的推進(jìn)逐步提速。

2015年，西門子和林德氣體在德國(guó)美因茨能源園區(qū)建成當(dāng)時(shí)世界最大PEM電解工廠，額定裝機(jī)功率達(dá)6MW，此后PEM電解項(xiàng)目數(shù)量和裝機(jī)規(guī)模也在不斷提升。2020年，法液空完成在加拿大貝坎庫(kù)爾的20兆瓦PEM電解水項(xiàng)目建設(shè)。

國(guó)內(nèi)方面，中科院大連化學(xué)物理研究所、中船重工集團(tuán)718研究所等單位正開(kāi)展PEM純水制氫設(shè)備的研究與制造。

中石化、三一、隆基和陽(yáng)光電源等國(guó)內(nèi)新進(jìn)入者更加關(guān)注PEM水電解制氫。

2021年3月4日，上海電氣電站集團(tuán)與中科院大連化學(xué)物理研究所正式簽訂“兆瓦級(jí)模塊化高效PEM電解水制氫設(shè)備及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目合作協(xié)議”。

2021年3月18日，陽(yáng)光電源重磅發(fā)布了“SEP50”PEM電解槽。據(jù)了解，該產(chǎn)品單槽功率250kW，是國(guó)內(nèi)目前單槽功率最大的PEM電解槽，也是國(guó)內(nèi)首款量產(chǎn)的50標(biāo)方PEM電解槽。

康明斯中標(biāo)中國(guó)石化首個(gè)2．5MWPEM項(xiàng)目。

2022年1月15日，龍?bào)纯萍迹?03906．SH）全資子公司龍?bào)?span id="jmizatg" class='hrefStyle'>氫能源公司與中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所共同啟動(dòng)PEM電解水制氫催化劑的研發(fā)項(xiàng)目。

可以看出來(lái)，國(guó)內(nèi)PEM電解項(xiàng)目規(guī)模較小，當(dāng)前國(guó)內(nèi)交付應(yīng)用的設(shè)備大多是小型電解槽。到底是什么因素制約著PEM電解制氫的推廣呢？逐本溯源，我們需要回到PEM電解槽的構(gòu)造上。