《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021－2035年）》發(fā)布后，全社會(huì)對(duì)氫儲(chǔ)能的期待進(jìn)一步提升，同時(shí)對(duì)產(chǎn)業(yè)的認(rèn)知需求也更為迫切。3月25日，香橙會(huì)研究院邀請(qǐng)三家電解水制氫設(shè)備創(chuàng)業(yè)企業(yè)開(kāi)展線上討論，以下是整場(chǎng)研討會(huì)實(shí)錄。

嘉賓分享前，香橙會(huì)研究院研究總監(jiān)黃奕博士對(duì)國(guó)內(nèi)外氫儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展情況做了分享。

1

氫儲(chǔ)能行業(yè)格局：國(guó)外在運(yùn)營(yíng)9座，我國(guó)7座

氫能作為一種媒介，通過(guò)“可再生能源發(fā)電－水電解制氫－氫燃料電池發(fā)電”的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，能有效解決可再生能源的波動(dòng)性和間歇性，起到穩(wěn)定電網(wǎng)的作用。

水電解制氫與氫燃料電池互為逆反應(yīng)，與氫燃料電池結(jié)構(gòu)完全一致，關(guān)鍵零部件都是雙極板、膜電極等，差異主要在體現(xiàn)在材料體系，尤其是PEM電解槽�；�于這種特性的便利，不少燃料電池企業(yè)正在將業(yè)務(wù)范疇延伸至PEM電解槽。

氫儲(chǔ)能具備規(guī)模大、周期長(zhǎng)、可跨季節(jié)儲(chǔ)能等突出優(yōu)勢(shì)，將與電化學(xué)儲(chǔ)能互補(bǔ)，共同構(gòu)成兩種主要儲(chǔ)能方式。

據(jù)香橙會(huì)研究院統(tǒng)計(jì)，截止至2021年底，主要發(fā)達(dá)國(guó)家在運(yùn)營(yíng)氫儲(chǔ)能設(shè)施已有9座，電解槽裝機(jī)量合計(jì)17．33MW。其中，最大的兩處均在德國(guó)，電解槽裝機(jī)量為6，000kW；另有兩處氫儲(chǔ)能設(shè)施在建，電解槽裝機(jī)量合計(jì)2．8MW。

我國(guó)在建和示范運(yùn)行的氫儲(chǔ)能設(shè)施共有7座。其中，位于張家口在建的“張家口200MW／800MWh氫儲(chǔ)能發(fā)電項(xiàng)目”是目前全球規(guī)模最大的氫儲(chǔ)能項(xiàng)目，將安裝80套5，000kW電解槽，項(xiàng)目建設(shè)期為2年，預(yù)計(jì)2023年投入運(yùn)行。

2

氫克新能源：PEM電解槽氣體擴(kuò)散層和催化劑上的創(chuàng)新

氫克新能源是一家PEM電解槽領(lǐng)域的新兵，創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)聚集了催化化學(xué)、流體力學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)、工藝工程、供應(yīng)鏈管理等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域優(yōu)秀人士，人均擁有10年以上豐富產(chǎn)業(yè)或研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，各學(xué)科充分融合。

傳統(tǒng)鈦纖維氈結(jié)構(gòu)氣體擴(kuò)散層內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沒(méi)有規(guī)律性，導(dǎo)致氣體和水在其內(nèi)部的流體阻力較大，流體通過(guò)性較差，影響了整個(gè)電解反應(yīng)的效率；鈦纖維氈表面孔隙不規(guī)則，導(dǎo)致在其與膜電極表面催化劑層的接觸為線接觸，接觸效率低，活性點(diǎn)位少，降低了析氧催化反應(yīng)的速度；鈦纖維氈表面孔隙較大且孔徑大小不一、為了防止質(zhì)子交換膜在陰陽(yáng)極高壓差下產(chǎn)生剪切破壞，需使用比孔徑更大的厚度的質(zhì)子交換膜，膜越厚，內(nèi)阻也越大。

針對(duì)以上問(wèn)題，氫克創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)提出了高有序化直通孔結(jié)構(gòu)陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層結(jié)構(gòu)，可低成本規(guī)�；�量產(chǎn)。

高有序化直通孔結(jié)構(gòu)氣體擴(kuò)散層示意圖

氫克的首創(chuàng)方法做出鈦板厚度200～300微米，它的孔隙的密度可以達(dá)到每平方米1億個(gè)以上，具有流體通過(guò)性優(yōu)、活性點(diǎn)位多、過(guò)電勢(shì)低等優(yōu)點(diǎn)。新型氣體擴(kuò)散層大幅增強(qiáng)PEM膜的抗剪應(yīng)力能力，同等壓力差下，可使用更薄的PEM膜。

PEM電解槽陽(yáng)極反應(yīng)環(huán)境苛刻，強(qiáng)酸、強(qiáng)腐蝕，對(duì)陽(yáng)極析氧催化劑酸穩(wěn)定性要求極高。析氧反應(yīng)是PEM電解水的瓶頸反應(yīng)，析氧過(guò)電勢(shì)是影響反應(yīng)效率的最主要因素，要求陽(yáng)極催化劑具有較高的催化活性。銥金屬產(chǎn)量少，價(jià)格貴。依賴傳統(tǒng)二氧化銥催化劑，預(yù)計(jì)2030年裝機(jī)30GW電解槽時(shí)需要15到30噸銥，是目前年產(chǎn)量的2－4倍，低銥含量催化劑是必然方向。

氫克團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)了低銥高效析氧催化劑，具備量產(chǎn)能力。

降本增效之路是PEM電解槽研發(fā)的永恒話題。電解槽電堆研發(fā)方向是降低每萬(wàn)小時(shí)壽命下每瓦成本（元／W萬(wàn)小時(shí)），也即單位面積電流密度越高、電堆壽命越長(zhǎng)、各組件成本越低，電解槽的整體成本越低。

隨著電流密度的提高，單位面積單片功率會(huì)提高，預(yù)計(jì)未來(lái)五年，功率密度將從現(xiàn)在真實(shí)工況下的2－3W／cm2左右提高到6W／cm2甚至以上。隨著催化劑和雙極板、氣擴(kuò)層工藝的提升，預(yù)計(jì)電堆的壽命將提高6萬(wàn)小時(shí)以上。最終，隨著產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用而進(jìn)行規(guī)模化量產(chǎn)，將引導(dǎo)電堆成本大規(guī)模降低。