中国电解水制氢产业蓝皮书

@@势＠＠＠Trend巳Trend巳势即水制氢占比2020年在1％左右。20世纪以来，科学家逐渐达成气候变暖的共识并研究全球气候变化与室气体的关系，联合国成立气候变化专门委员会(IPCC),在IPCC等机构的推动下，2015年195个缔约方在巴黎达成新的气候协议《巴黎协定》，碳中和成为全球主要国家共识，氢能在全球逐渐得到重视并发展，至今已有1个国家发布国家层面氢能战略，绿色氢气的制备是重点发展目标。2020年中国国家主席习近平在第七十五届联合国大会—般性辩论上首次提出中国“双碳“目标，之后在多种场合多次强调“双碳“目标，2021年9月中共中央国务院关千完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见出台，同年10月国务院印发2030年前碳达峰行动方案，十大行动中重点提到低成本可再生能源制氢。氢气即是工业气体又是能源载体，在超20个领域得到应用，中国是氢气生产和消耗大国，年产氢量超三千万吨，受制于电解水技术的成本及装置规模，绝大部分氢气的生产主要来源于化石燃料及副产氢，制氢过程带来额外的二氧化碳排放。在双碳目标驱动下，众多行业均面临碳减排压力，电解水制氢是目前工业化应用的制氢技术中接近零碳排放的制氢技术，电解水制氢技术的发展应用将直接减少化工、石化等传统领域的碳排放，同时电解水制氢在交通、氢冶金等新领域应用拓展也带来该领域的碳减排，中国可再生能源尤其是光伏、风电等的发展为绿氢的低成本制备创造了必要条件。电解水制氢技术迎来了发展窗口期，产业链日渐活跃，原有电解槽装备企业纷纷扩产槽的装置规模在快速突破和提高，新品发布日渐频繁。势银（TrendBank)作为国内最早从事氢能与燃料电池产业研究的咨询机构，深耕氢能产业多年，结合已有研究及产业最新动态编写本蓝皮书，重点介绍电解水技术、市场及产业链唐蔚PAGE4PAGE4目 石油炼 合成 合成甲 钢 其工艺过程碳排放（直接碳排放 电力消耗碳排放（间接碳排放工艺过程碳排放（直接碳排放 电力消耗碳排放（间接碳排放Trend巳Trend巳势目基本都选择碱性电解槽和可再生能源进行耦合。据势银（TrendBank)统计，目前约80%的可再生能源制氢项目采用碱性电解水制氢技术，采用质子交换膜电解水技术的项目仅占20%左右。采用碱性电解水制氢技术的项目主要集中在炼化、化工和交通领域。绿色炼化和化工项目氢气量大且要求价格低，相比质子交换膜电解水制氢技术，碱性电解水制氢技术的制氢成本更低，单槽规模更大，成为当下工业领域脱碳的选择之—。由于质子交换膜电解水制氢技术的快速响应特性，PEM电解槽近两年主要应用千储能和达到500Nm3/h,是目前中国规模最大的PEM制氢项目，项目将应用康明斯生产的质子交换膜制氢设备。国家发改委千2022年3月发布的《国家氢能产业中长期规划(2021-2035年）》对绿色氢气的生产和应用做出了明确规划，这将促进未来电解水制氢行业的发展，刺激行业对电解水制氢设备的需求。在绿氢生产方面，国家希望构建清洁低碳化的多元制氢体系，重点发展可再生能源制氢，并千2025年达到10-20万吨的可再生能源制氢规模。在绿氢应用方面，国家希望推动氢能多元化示范应用，在交通和工业等高碳排放的领域内，探索可再生能源制氢替代化石能源的示范应用。气候变化推动国际达成《巴黎协定》，碳中和已成为全球主要国家共识，至今已有15个国家发布国家层面氢能战略或路线图，分别是澳大利亚、加拿大、智利、捷克、法国、德国、匈牙利、日本、韩国、荷兰、挪威、葡萄牙、俄罗斯、西班牙、英国。在这些国家的氢能战略或路线图中，氢气生产方面都重点提到电解水制氢，在目标中确提到零碳氢产能规划的数量超20GW欧和意愿都很强烈，势银(TrendBank)认为欧；州是中国企业海外开拓值得关注的市场。2019年12月，欧盟发布《欧；州绿色协议》，描绘了欧；州长期绿色发展战略的总体框架。2020年7月，欧盟发布《欧盟氢能战略》，提出了欧洲长期发展氢能的战略蓝图。欧盟委员会认为，氢能是实现《欧；州绿色协议》和欧；州清洁能源转型的关键选项。针对欧盟如何将清洁氢能转化为可行的解决方案，战略给出了渐进的氢能发展目标：在第一阶段，即2020年至2024年，欧盟将安装至少6GW的可再生能源制氢电解槽，并生产多达100万吨的绿氢。在第二阶段，即2025年至2030年，欧盟安装至少40GW的可再生能源制氢电解槽，以及生产多达1000万吨的可再生绿氢。在第三阶段，即2030年至2050年，可再生能源制氢应用成熟并大规模部署，可以覆盖所有难以脱碳的领域。《欧洲氢能战略》概述了欧洲未来三十年全面的投资计划，包括制氢、储氢、运氢的全业链以及现有天然气基础设施、碳捕集和封存技术等投资，预计总投资超过4500亿欧元。战略明确欧盟的首要任务是开发主要利用风能和太阳能的可再生能源制氢。从短期和中期来看，其他形式的低碳氢包括通过碳捕捉技术生产的蓝氢对千迅速减少CO汁非放至关重要。在新冠肺炎疫情背景下，法国、德国、荷兰、挪威、葡萄牙、西班牙和意大利在内的七个欧盟成波兰和斯洛伐克目前处千制定战略的阶段。截至2022年，欧洲国家电解槽的总装机容量已达到l占制氢总容量的14%。欧洲氢能组织预测，2020年至2030年之间电解槽的年平均装机容量为0.83GW。用欧盟以外设备的情况。总体来说欧盟通过欧盟地平线、欧洲之星，各国政府单独补贴，公共事业排外性招标进行企业补贴。随着俄乌战争的发展，欧洲主流国家认为中国是俄罗斯背后的支持者，应该同样受到制裁，转而对中国企业的态度转向负面。作为发展中的重要大国，印度也在积极推动本国绿氢事业的发展。当前印度每年消费670万吨左右的氢气，其中约有一半用千石油炼化领域，剩下的大部分被用于化肥生产。2021印度政府发布了印度的“国家绿氢计划”，将在2030年前达成可再生能源制氢产能500万吨到2050年印度的氢气年消耗量将增加到2800万吨，而这其中的80％的氢气应当是绿氢。能任务草案，印度正致力千到2030年建立每年24GW的电解槽生产能力，到2030年建立100-130GW的电解槽装机容量。到2030年，绿色制氢的可再生能源装机容量预计将达到160-200GW化服务体系，获取项目信息的渠道多样，合作伙伴也比较多。印度也在进行能源转型，预计未来在绿氢市场方面会有一个快速的发展。的商品都应该在当地生产。印度的陆地邻国边界方案，对千印度企业进口陆地邻国相关设备的进口关税以及印度国有企业使用陆地邻国产品中的本土化的比例有严格限制（如印度本土化的比例低千某个值，印度的国有企业不得购买）。因此寻求与电解水制氢设备供应商以某种方式建立合资公司在印度本土制造生产电解槽成为首要选项。印度政府公布的国家氢能任务中，规定了化肥、炼行业具有购买和消耗绿氢的义务，为绿氢的消纳找到了途径。印度政府将在25年内减免输电税费，从而降低制造绿氢所需的可再生能源的电力成本。同时，印度将允许绿氢／绿氨生产工厂优先使用电力，还可从市场上购买可再生能源电力或自行安装可再生能源发电装置，并可以选择将未使用的自发电力存入配电公司，供日后使用。中家为了长远的发展都在国家层面推动能源转型，期望将来成为可再生能源特别是氢气的出口大国。在中东区域，中国的EPC工程总包公司和部分印度工程总包公司有很大的优势，特别是中国电建在迪拜建设有分公司，已经深入中东市场开拓业务。中东市场的项目规模大，一般要求总承包，中国企业在中东市场的开拓策略应紧密结合工程总包公司，通过签署战略合作协议，独家采购协议等方式绑定在一起。预估到2025年，规划年装机容量会增长到1GW左右。东主要国家如沙特、阿联酋和阿曼都在寻求能源转型，希望借助太阳能和风能的电力制取氢气用千出口，将来转变为氢能大国。由于未来对于氢能装备的需求巨大，中东区域各国政府入开拓的市场，比如美国于建立了合资企业建设M新城制氢项目，西门子能源与阿联酋主权财富基金穆巴达拉(Mubadala)成立了合资公司开拓绿氢市场。澳大利亚已经发布国家氢能战略，通过国家氢能战略，澳大利亚计划在2030年成为全球主要的绿氢来源，到2050年实现碳中和。澳大利亚情况与中东区域类似，拥有丰富的太向是利用太阳能制氢后合成氨，再销往国外。未来5年，澳大利亚绿氢市场的年装机规模将可能突破SOOMW,澳大利亚也有发展绿经签署了澳大利亚Yuri10MW光伏制氢合成氨项目。美美洲市场包含了北美和南美市场，是中国企业的弱势市场，项目业绩较少，2020年通—个175立方的制氢设备合同打开了美国市场。2021年又陆续签署了两个美国项目。现在加拿大、美国还有南美都在规划新能源制氢项目，未来有望成长为—个重要的制氢设备市场。受限于中美，中加关系，美国、加拿大市场发展受阻，发展重点放在南美市场，比如巴西，智利，阿根廷。其中智利、阿根廷风电、太阳能资源丰富，中资企业已经在这两个国家承建了不少风电场和光伏电站，预估市场容量也在lOOMW以上。第二 中国电解水制氢产业政策中国的氢能产业呈现积极发展的态势，已经初步掌握了氢能的制备、储运和加注等主要计和统筹规划。在碳中和的背景下，电解水制氢产业作为氢能产业的关键组成部分，逐渐受到政府的重政策进行梳理。国家规划政2022年3月，国家发改委正式发布了《国家氢能产业中长期规划(2021-2035年）》，发展可再生能源制氢，并给出了明确的发展目标。到2025年，初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系，可再生能源制氢量达到10-20万吨／年；至2030年，形成较为完备的清洁能源制氢体系和供应；最终到2035年，显著提高可再生能源制氢在终端能源消费中的占比。从氢气应用的角度来看，规划明确了未来氢能多元化示范应用的主要领域探索氢储能和波动性可再生能源发电的协同运行模式；在工业领域，规划提出开展可再生能源制氢在合成氨、甲醇、炼化等领域替代化石能的示范，引导化工和炼化领域逐步从高碳排放工艺向低碳排放工艺转化研发。下表是自2018年起，国家科技部开展的电解水制氢相关项目申报汇总。表3:2018-2022年国家重点研发项目－－电解水制氢技术相关项目汇年项牵头单2018MW级固体聚合物电解质电解水制氢技中国科学院长春应用学研究大规模风／光互补制氢关键技术研究及示国家能源投资集团有2020碱性离子交换膜制备技术及应中国科学技术大2021PEM电解水制氢催化剂与界面结构的多尺度设及集成应用研湖南大低能耗、高稳定性连续海水电解制氢关键材料系北京化工大基千固体氧化物电解池的高电催化研中国科学院大连化学理研究光伏／风电等波动性电源电解制氢材料和过程基全球能源互联网研究低成本PEM高效大功率碱水电解槽关键技术开发与装备研中国科学院大连化学Trend巳Trend巳势理研究可再生能源电解制氢－低低压合成氨关键技术应福州大十万吨级可再生能源电解水制氢合成氨示范工清华四川能源互联网究2022兆瓦级电解水制氢质子交换膜电解堆技＼电解水制高压氢电解堆及系统关键技＼固体氧化物电解水蒸汽制氢系统与电解堆技＼质子交换膜电解水制氢测试诊断技术与设备研＼高质子导体电解制氢技＼新型中低温固体电解质氨电化学合成与转化技＼耦合高附加值氧化产物的电解水制氢技＼来源：国家科技部、势银从国家最近5年的重点研发项目来看，国家对电解水制氢技术的重视程度显著提升。电解水制氢技术相关的研发项目共有18个，其中2018年至2020年仅有3个电解水制氢技术的研发项目，2021年至2022年则开展了多达15个电解水制氢相关研发项目。国家对电解水技术的研发方向也在不断细化，重点关注多种电解水技术的研发，并逐渐由电解水制氢技术拓展至电解水制氢技术的下游应用研究。在电解水制氢技术的研发上，项目范围从碱性电解水制氢技术逐渐向质子交换膜电解水制氢技术、高温固体氧化物电解水制氢技术、海水制氢技术等多种不同技术转移。在电解水制氢技术的应用端，项目重点针对电解水制氢技术和可再生能源的互补，并将探索电解水制氢技术在化工领域的示范。2022年8月科技部发布的（（科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022-2030年）》能源Trend巳Trend巳势色低碳转型支撑技术中提到氢能技术，研发可再生能源高效低成本制氢技术、大规模物理储氢和化学储氢技术、大规模及长距离管道输氢技术、氢能安全技术等；探索研发新型制氢和储氢技术；前沿和颠覆性低碳技术中提到新型绿色氢能技术，研究基于合成生物学、太阳能直接制氢等绿氢制备技术。(TrendBank)统计，目前内蒙古自治区、甘肃省、宁夏回族自治区和四川省成都市都在相应的政策中明确了2025年可再生能源制氢产量，合计年产量约80万吨。这远远超过了国家发改委在国家氢能规划中提及的2025年可再生能源制氢年产量目标，也体现出了中国可再生能源制氢的巨大潜力。图4:2025年中国可再生能源制氢规划示意（（甘肃省“十四五”能源发（（甘肃省“十四五”能源发尸言缸虹沪源鳍眈醇可族意能 吨回求生 万夏征再尸言缸虹沪源鳍眈醇可族意能 吨回求生 万夏征再，宁（可吨划年万达gl来源：势银由于不同产业存在地域性分布的差异，各省市对可再生能源制氢的应用规划也存在显的差异东部地区，例如上海和广东等，对千可再生能源制氢在交通领域，尤其是制氢加氢—体站的应用更为关注。在2022年8月广东发改委最新发布的《广东省加快建设燃料电池汽车示范城市群行动计划(2022-2025年）》中，提及将推动加氢站内电解水制氢，允许加氢站内开展电解水制氢，允许发电厂利用低谷时段富余发电能力，发展谷电电解制氢。允许加氢站开展站内制氢，在政策层面上是—个很大的突破，可以解决氢气储运的间题。未来，加氢站的快速发展，也将进—步带动电解水制氢技术的应用。西部地区的政策更加侧重于强调可再生能源制氢在工业领域的应用。在内蒙古、宁夏等和钢铁企业等，电解水制氢技术的应用为这些高碳排放企业提供了低碳解决方案。以内蒙古为例，在2022年3月内蒙古自治区发布的《内蒙古自治区”十四五＂氢能发展规划》中，内蒙古政府对化工、冶金和热电联供等多个领域提出了要求，将探索绿色氢气在储能、冶炼、化工和热电联产等领域的示范应用：在化工领域，政府鼓励采用传统制氢工艺（煤制氢或天然气制氢）的企业使用可再生能乌海和鄂尔多斯等地区开展绿氢化工示范，建设绿氢化工示范项目，．铁、冶金等行业作为高品质原材料的应用，．补贴政本较高，政策主要包含设备的购置成本补贴和项目运营的电费补贴。表4：中国部分地区绿氢相关补贴政日2022年6成都施对绿电制氢项目提供0.15-0.22022年7深圳对站内制氢设备购置成本，按购置成本30％予以资助，最高不超过200万元。对制氢加氢一体化站的运营成本，站内电解水制氢用电价格执行蓄冷电价政策，电解制氢设施谷期用电量超过50％的免收基本电2022年7濮阳来源：势银(TrendTrend巳Trend巳势还有输电的作用。封线重合区域宽度、舌板宽度。图7：极板实例图片及示意来源：势银(TrendBank)、北京化工大3.2.1.2气的混合。适用于碱性电解槽的隔膜应具备以下要求保证氢气和氧气分子不能通过隔膜，但允许电解液离子通过能够耐高浓度碱液的腐蚀具有较好的机械强度，能够长时间承受电解液和生成气体的冲击，隔膜结构不被破坏为了降低电能损耗，隔膜必须要有较小的面电阻，因此隔膜孔隙率要尽可能高在电解度和碱液条件下隔膜能够保持化学稳定用于碱性电解槽的隔膜最早使用石棉隔膜，目前主流使用的是聚苯硫醒PPS隔膜，性能隔膜采用的是PPS涂覆无机层的复合膜，另外科研院所研发的重点隔膜还有聚四氯乙烯树脂改性石棉隔膜、聚醒酪酮纤维隔膜、聚纤维隔膜等。石棉隔石棉是最早用千电解水制氢隔膜的材料石棉隔膜的优点：具有耐化学腐蚀、耐高、高抗张强度、亲水性强等优点石棉隔膜的缺点：具有溶胀性，使电解能耗升高；限制电解度，使电流效率无法提触，可能引起砂肺病，许多国家都已经限制石棉材料的使用。四氪乙烯树脂制备聚四氪乙烯改性隔膜是较为成熟的石棉隔膜改性工艺。了石棉的溶胀性，有效地克服了石棉隔膜溶胀和易遭受碱腐蚀的缺点。得电流效率降低能耗升高，加入量越大隔膜亲水性也下降得越多。聚苯硫醋隔聚苯硫醋隔膜（简称PPS),用千碱性电解槽中，其性能优点机械性能好：刚性极强，表面硬度高，具有优异的耐蠕变形和耐疲劳性，耐磨性突出耐腐蚀性强：碱和无机盐的水溶液，即使在加热条件下，对PPS条件下仍表现出良好缺点：隔膜电阻高。由于PPS亲水性差，电解液不能充分进入到隔膜孔隙中，在电解过程中隔膜表面出微小气泡聚集的现象，这些现象会增加隔膜电阻，导致能耗增加国内科研院所目前正在研究对PPS进行改性，降低与水的接触角，增加润湿度，改善亲水性的同时，维持耐高、耐浓碱等特性基本不变。如果能在不降低PPS隔膜优良的物理化学性能的前提下，改善PPS隔膜的亲水性能PPS隔膜将成为最有前景的碱性电解槽隔膜之聚类隔聚类材料（简称PSF),是应用比较早、比较广泛的—类隔膜材料，也是隔膜材料研究的热点之—。聚砚类树脂主要有双酚A型聚、聚酰砚、聚酰砚酮、聚苯硫醒等。PSF熔融稳定性，同时具有优良的机械性能、耐高、耐酸碱、耐细菌腐蚀、原料价廉易得，pH值应用范围广等。PSF隔膜缺点：亲水性能差，使隔膜的水通量低，抗污染性能不理想，影响其应用范围和使用寿命。因此，对PSF隔膜材料的改性工作，多集中在提高其亲水性上，主要通过向其中引入亲水性物质，来改善PSF隔膜材料的亲水性。聚醒醒酮隔聚醒醒酮（简称PEEK),是—种具有耐高、耐化学腐蚀的高分子材料，可用作高温结市场上常见的PEEK隔膜是由PEEK纤维通过机织制得，隔膜的性能与隔膜的厚度和编织方式有关。碱性电解槽隔膜的代表性企国内碱性电解槽企业使用PPS隔膜居多，PPS隔膜绝大部分又依赖进口品牌供应，部分企业开始使用复合膜，隔膜生产制造企业主要有东丽（中国）投资有限公司、g-GevaertGroup及碳能科技（北京）有限公司碳能科技的新型无机—有机复合隔膜（简称复合隔膜），是由陶盗粉体和支撑体组成，能和使用寿命。目前复合隔膜最大宽幅可达2米，可以满足大型电解槽尺寸需求。3.2.1.3碱性电解槽的电极，是电化学反应发生的场所，也是决定电解槽制氢效率的关键或泡沫镌为基底喷涂高活性催化剂。镌网—般是由40-60目的镌丝网经过裁圆而成，镌丝的直径大约在200µm左右。镖网产品比较成熟，价格低廉，具有良好的耐酸、耐碱、耐高温等性能。的接触面积因此大大增大，缩短了传质距离，极大地提高电解反应效率。理的硫化镖、镌铝合金或者活化处理的镌铝粉等；一种是含有贵金属的催化剂（铅系催化剂，令了系催化剂，系催化剂等）。电极喷涂分三种：只喷涂阳极、只喷涂阴极和阴阳极全部喷涂。图8:电极图安平县辉瑞丝网制造厂（简称：辉瑞丝网），纹编织和斜纹编织，抗压能力强；采用高纯镌丝编织，镖网的抗腐蚀能力强。碗性电解槽用镖网目前全部国产化，企业分布在河北较多(2)碗性电解槽电极生产制备目前全部国产化，相关企业数量较少，据势银(Trend调研，电极生产制造企业国内数量约5-6本、高寿命。活化全流程工艺，为电解槽设备企业提供催化电极成品和整套解决方案。3.2.2碱性电解水制氢BOP辅助系表5：碱性电解水制氢BOP辅助系统组系 设 作电源供应系整流器、变压控制系制氢控制系统、PLC控制实时监测装置内度、压力、流量、Trend巳Trend巳势纯化设气体提碱液系保证碱液的稳定、连续供补水系保证水源的稳定、连续供冷却干燥系换热器、冷却附属系调节阀、氢气纯度检测仪、氧侧纯度来源：势银图9二－氢气氢气侧二1症＿碱．症＿碱．牛·.5泵环麟碱i纯水泵环麟碱i来源：势银 中国电解水制氢产业蓝皮书2022Trend巳势

远景能源有限公苏州工业园奥菲特气体设备有限公海德氢能源科技（江苏）来源：势银

3.3.2碱性电解槽产品现短短—年时间，11家企业发布了碱性电解槽新品，其中单槽最大产氢量已达1400Nm刃h,碱性电解槽的大型化迭代升级，正突飞猛进发展表7:已发布的碱性电解槽产品汇省成立时所属领产品发布时安安徽马钢重型机械制有限公2013年10装备制2021年830Nm叮陕西安隆基氢能科技有公2021年3能源电lOOONm叮江考克利尔竞立（苏州2018年12装备制2021年111300Nm叮扬州吉道能源有限公2021年3装备制2021年121350Nm叮湖湖南氢氢松松科技发有限公2019年12装备制2022年2500Nm叮江江苏国富氢能技术装2016年6装备制2022年4lOOONm叮深圳市瑞麟科技有限2008年6装备制2022年6SOONm叮Trend巳势

北江苏州希倍优氢能源科技有限公北航天思卓氢能科技有限公广深圳市瑞麟科技有限公山

数据来源：公开数据，势银（TrendBank)3.3.5从碗性电解槽三家主流企业的产品应用情况看，电力、冶金、化工、电子等应用领域，各内产品在国际上同样具备较强的竞争力。表10:碗性电解槽三大家的产品应用情企 应用领 客户分氢能科技有限公电力、石化、医药、冶金州）氢能科技有公化工、气象、航天及新能宾、印尼、印度、孟加拉、土其、南非等三十余个国天津市大陆制氢备有限公电力、电子、半导体材料光纤、冶金、建材、原子Trend巳Trend巳势速度快等优点PEM相比碱性电解槽，PEM电解槽的电流密度更大，通常在10000A/m2以上，远高千传碱性电解槽的电流密度（通常在3000-4000Am2)。一方面，由于PEM电解槽使用的质子交换膜相较碱性电解槽中使用的隔膜更薄，这提供了优秀的质子传导能力；另—方面，PEM电解槽采用零间距结构，电解槽内部结构更为紧凑。这些优势都有助千降低PEM电解槽运行时的欧姆电阻，借此提高电流密度，优化工作效率。PEM电解槽的产氢纯度通常在99.99％左右。由于PEM电解槽使用纯水作为电解原料行的安全性。PEM电解水制氢技术目前设备成本较高，PEM电解槽的单位成本仍然远高千碱性电解槽。由千PEM电解槽需要在强酸性和高氧化性的工作环境下运行，因此设备对千价格昂贵的贵金属材料如、铅、钦等更为依赖，导致成本过高。目前中国的PEM电解槽发展和国外水平仍然存在—定差距。国内生产的PEM电解槽单槽最大制氢规模大约在200Nm3h而国外生产的PEM电解槽单槽最大制氢规模可以达到500Nm习凡相比千国外，国内利用可再生能源合M电解水制氢的项目也相对偏少。国内大多数工业级可再生能源电解水制氢应用项目仍然以碱性水电解为主。PEM电解水制氢系统由PEM电解槽和辅助系统(BOP)组成PEM电解槽是PEM电解水制氢装置的核心部分。电解槽的最基本组成单位是电解池。取决千功率的大小，一个PEM电解槽包含数十甚至上百个电解池。每个电解池由5部分组成，由内而外分别为质子交换膜、催化剂、气体扩散层和双极板。图11:PEM电解槽内部结构示意，阳极催化剂质子交换膜阴极催化，双极 气体扩散 气体扩散 双极来源：势银质子交换膜是PEM电解槽的核心零部件之—。在PEM电解槽中，质子交换膜即充当质子交换的通道，又作为屏障防止阴阳极产生的氢气和氧气互相接触，并为催化剂涂层提供支质子交换膜还需要具备良好的化学稳定性，可以承受强酸性的工作环境；较强的亲水性也必不可少，这可以预防质子交换膜局部缺水，避免干烧。质子交换膜的性能好坏，直接影响着PEM电解槽的运行效率和寿命质子交换膜的加工上仍然存在难度。和燃料电池使用的质子交换膜（厚度10微米左右）相比，M电解槽使用的质子交换膜更厚(150-200微米），在加工的过程中更容易发生肿胀和变形，膜的溶胀率更高，加工难度更大。目前使用的质子交换膜大多采用全氪磺酸基聚合物作为主要材料。国内外使用最为广泛的主要为杜邦（科幕）的Naon™系列，例如Naon115和117系列质子交换膜，其他膜产品包括陶式的XUS-B204膜以及旭硝子的表11:杜邦Nafion™系列膜参膜型NationN-NafionN-厚度（微米基重（克／平方米比电导率（西门子／厘米离子交换容量（毫克当量数／克来源：杜国内的PEM电解槽生产企业对于进口质子交换膜仍然具有很高的依赖性。由千质子交换膜生产技术长期被欧美和日本国家所垄断，国内的工业级的PEM产品几乎全部使用杜邦的Naion™系列质子交换膜。目前，国内仅东岳未来氢能和科润新材料等少数企业有能力生产应用千PEM电解槽的质子交换膜产品，在民用领域取得一定应用质子交换膜主要有熔融挤出法和浇筑成膜法等几种加工方式度会影响PEM电解槽的欧姆内阻，厚度过高会加大极化损失，增加制氢能耗。尽管如此，考虑到质子交换膜需要在高压环境中工作，为了保持质子交换膜的机械稳定性，防止气体交叉渗透的现象发生，行业内大多仍然采用厚度超过100微米的膜。未来，质子交换膜的技术开发必须注重质子传导率、气体交叉渗透和高压机械稳定性三者之间的平衡。开发复合增强膜，在材料中引入聚芳烯类的聚合物对膜进行结构强化和改性，比如聚醒醒酮(PEEK)、聚讽(PSF),可能会成为未来的方向之—。催化阴、阳极催化剂是M所，催化剂需要具备良好的抗腐蚀性、催化活性、电子传导率和孔隙率等特点，才能确保PEM电解槽可以有稳定运行。和燃料电池相比，PEM电解槽在催化剂的使用上更加依赖贵金属材料。在PEM电解槽的强酸性运行环境下，非贵金属材料容易受到腐蚀，并可能和质子交换膜中的磺酸根离子结合，降低质子交换膜的工作性能。目前常用的阴极催化剂为以碳为载体材料的铅碳催化剂。在酸性和高腐蚀性的环境下，铅仍然可以保持较高的催化活性，确保电解效率；而碳基材料即为铅提供了载体，也充当着质子和电子的传导网络。催化剂中的铅载量约在04-0.69/cm气铅的质量分数约在20%-60％之间。阳极的反应环境比阴极更加苛刻，对催化剂材料的要求更高。由千阳极电极材料需要承受高电位、富氧环境和酸性环境的腐蚀，燃料电池常用的碳载体材料容易被析氧侧的高电位腐蚀降解，因此—般选用耐腐蚀且析氧活性高的贵金属作为M电解槽阳极侧的催化剂。结合催化活性和材料稳定性来看，、钉及其对应的氧化物（氧化和氧化钉）是目前最适合作为PEM阳极侧催化剂的材料。相比氧化，虽然氧化韦了的催化活性更强，但在酸性环境下氧化钉容易失活，稳定性比氧化稍差。因此，氧化载量约为1-2g/cm据势银（TrendBank)调研，应用千析氧侧的含催化剂主要分下列三大类氧化／氧化钦：相较单纯的氧化特性，耐久仍然受到影晌，．PEM电解槽催化剂对贵金属的依赖可能是阻碍PEM快速推广的因素之—。应用于电解槽的催化剂铅、、专了等贵金属产量稀少、成本高昂。作为M电解槽阳极最重要的催化剂材料，供应上存在很大的制约。目前全球的产量约为7吨／年，远远少千其他贵金属(2021年铅的年产量在180吨左右），其中85％左右的产自南非。的价格也相当高昂，目前已经达到1000元／g以上。剂，开发方向集中千降低铅在催化剂中的用量。在催化剂中加入非贵金属基化合物，例如非贵金属的硫化物、氮化物、氧化物等，可以在保持催化活性的前提下，降低铅的使用量。阳极催化剂的技术开发方向包括使用载体材料或设计新的催化剂结构使用高比表面积的材料作为的载体，可以将的利用率和活性，借此减少的负载量。由千阳极的反应条件苛刻，为了确保催化剂的耐久性，阳极材料需要具备耐腐蚀性、导电性和高比表面积等特性。目前常用的载体材料有氧化钦和掺杂钜的氧化钦等；设计新的催化剂结构，例如采用核壳式结构，也是可以减少的用量。由千催化反应集中于材料表面的活性电位，阳极催化剂可以采用核－壳式结构—在外层的壳上使用，在内层的核使用非贵金属材料。这样既可以减少的用量，也不会影晌的催化活性国内已经有少数企业有能力生产PEM电解槽使用的催化剂，包括中科科创、济平新能源等。国外企业有优美科、贺利氏等。下图为质子膜电解水用催化剂实例图片。图12:催化剂图来源：中科科气体扩散气体扩散层（国外简称GDL或PT),又称集流器，是夹在阴阳极和双极板之间的多孔层。气体扩散层作为连接双极板和催化剂层的桥梁，确保了气体和液体在双极板和催化剂层之间的传输，并提供有效的电子传导。在阳极，液态水通过气体扩散层传导至催化剂层，被分解为氧气、质子和电子。生成的氧气通过气体扩散层反向汇流至双极板，质子通过质子交换膜传导至阴极，电子则通过气体扩散层传导至阳极侧双极板后进入外部电路。在阴极，电子从外部电路通过气体扩散层进入阴极催化剂层，和质子反应后产生氢气。产生的氢气通过有合适的孔隙率，也需要拥有良好的导电性，确保电子传输效率。PEM电解槽的气体扩散层材料选择和燃料电池的气体扩散层选择有所不同。燃料电池通常选择碳纸作为阴极和阳极的气体扩散层材料。在M电解槽中，由千阳极的电位过高，高氧化性的运行环境足以氧化碳纸材料，通常选择耐酸耐腐蚀的钦基材料作为M电解槽阳极常会在钦基气体扩散层上涂抹—层含有铅或者的涂层进行保护，确保电子传导效率。PEM纤维制作、清洗、烘干、铺毡、裁剪、真空烧结、裁剪、涂层等—系列的工艺，才可以入库保存。未来，气体扩散层优化的关键在于保持系统的动态平衡。随着水电解反应的持续推进阳极生成的氧气会逐渐积聚在气体扩散层的通道内，阻塞流道，对液态水的运输产生潜在的影响。这可能会导致气液运输效率下降，对M电解槽的工作效率产生负面影晌。在气液逆将是气体扩散层优化的方向。孔隙率、孔径尺寸和厚度等指标都是未来需要研究的重点。国内目前可以生产钦基气体扩散层的企业较少。浙江玫显、菲尔特已经搭设了M电解测试。随着西部材料等企业的加入势银（TrendBank)预测气体扩散层国产化率会逐步提升。图13:钦毡实例图Trend巳Trend巳势来源：西部材双极板不仅是支撑膜电极和气体扩散层的支撑部件，也是汇流气体（氢气和氧气）及传导电子的重要通道。阴阳极两侧的双极板分别汇流阴极产生的氢气和阳极产生的氧气，并将它们输出。因此，双极板需要具备较高的机械稳定性、化学稳定性和低氢渗透性。阳极产生的电子经由阳极双极板进入外部电路，再通过阴极双极板进入阴极催化层。因此，双极板还需要具备高导电性。PEM电解槽双极板和燃料电池双极板的结构和使用材料有很大的区别。在结构方面，PEM电解槽双极板不需要加入冷却液对设备进行冷却，使用—板两场的结构就可以满足运行需求，相比于燃料电池双极板两板三场的结构更为简单。在材料方面，PEM电解槽中阳极的电位过高，燃料电池常用的石墨板或者不锈钢制金属板容易被腐蚀降解。使用钦材料可以很好的避免金属腐蚀导致的离子浸出，预防催化剂的活化电位收到毒害。但由千钦受到腐蚀后，容易在表面形成钝化层，增大电阻，通常会在钦板上涂抹含铅的涂层来保护钦板。Trend巳Trend巳势度高、出口压力大等特点表15:部分代表性企业质子交换膜产品参企业名 诏詹冒机诅嚼底儒··昵售高·戟肖雅·I博＇耜租戳者司氢能科技有限公制氢规0.01-氢气纯氢气压力43运行负0-0-来源：势银在承担的国家科技部研发项目中，成功完成单槽制氢量200Nm3/h的质子交换膜电解槽，并将在此基础上研发单槽制氢量超过600Nm3h的电解槽。4.3.3中国质子交换膜制氢设备的产能远远低于碱性制氢设备的产能。根据势银(TrendBank)能差距明显。中船（邯郸）派瑞氢能科技有限公年产中船（邯郸）派瑞氢能科技有限公年产120套PEM制氢设山东赛克赛斯氢能源有限公 产能达到百兆瓦 交换膜水电解制氢的企业。随着中国企业对质子交换膜电解水制氢技术的研发和攻关，未来会有越来越多的企业对质子交换膜制氢设备产线进行投入，促进中国质子交换膜制氢技术的整体发展。4.3.4质子交换膜制氢装置应膜电解制氢设备（十千瓦级至百千瓦级）设备得到了广泛的应用。表17:部分代表性企业业绩介公司名 产品应用领 业务范遍及中国、美国、德国、遍及中国、美国、加拿大来源：势银随着中国建立“3060"碳中和目标，围绕“绿电－绿氢＂的可再生能源制氢耦合电解水Trend巳Trend巳势质子交换膜生产NEPEM系池和电解水制氢备共来源：势银催化剂生产企能力。宁波中科科创新能源科技有限公司在质子交换膜水电解制氢领域先后推出了氧化黑和中科科创和多家质子交换膜制氢设备生产企业达成了合作。表20:中科科创催化剂产品参氧钉含量lr02大千Ir大千lrRu大千粒径44多电位来源：中科科上海济平新能源科技有限公司是国内最早开始批量化生产氢能和燃料电池相关催化剂电解制氢领域，济平新能源目前主要推广的产品有PEM电解槽阴阳极催化剂和碱性电极材Trend巳Trend巳势料，其中PEM催化剂满产年产能可以达到1000kg由于质子交换膜电解槽使用的气体扩散层－－钦毡的结构和金属纤维烧结毡的结构有异曲显和西安菲尔特。浙江菲尔特过滤科技股份有限公司采用直径为微米级的钦合金纤维生产钦毡。产品的常规厚度为03mm、04mm和06mm孔隙率为50%-80%。产品尺寸可以根据客户要求进行调整，最大可达1.2m*1.5m。目前浙江菲尔特已建有500平方米／月的气体扩散层产线。未来随着质子交换膜制氢设备的应用推广，浙江菲尔特会将气体扩散层产线扩建至万平方米／月。层的企业。目前，西安菲尔特的产品处千试验阶段。西安菲尔特已经和多家PEM电解槽头部企业开展合作，对相关产品进行测试。浙江砍显科技有限公司在质子交换膜电解槽气体扩散层产品生产上也有建树。砍显科技生产的产品厚度分为0.25mm、04mm、0.6mm、0.8mm和1.0mm等多种规格，孔隙率为60%-75％，最大尺寸可达1.2m*1.5m。产品尺寸也可以根据客户的要求进行定制化生产。目前砍显科技已经在氢健康等领域的小型制氢设备中得到应用。上海治臻和金泉益是国内少数可以生产质子交换膜电解槽双极板的企业上海治臻新能源股份有限公司目前在苏州常熟的生产基地拥有350万片／年的双极板同产品的产量。治臻生产的双极板采用工业级钦合金作为主要材料，可以应用千功率1-200kw的质子交换膜电解槽。表21:可装配电解槽功率1-材基材厚度长度宽度双极板厚度反应区最大长度反应区最大宽度寿命大千来源：治极板和PEM电解槽钦极板的布局和生产，是国内少数可以提供PEM电解槽钦板解决方案的企业之一。目前，金泉益已经具备150万片／年的燃料电池双极板产能和7万片／年的PEM电解槽双极板产能，未来将继续在氢能领域发力。 中国电解水制氢产业蓝皮书2022Trend巳Trend巳势图16:质子传导型SOEC工作原s[HzO(g)心s[H一

，

Poro凇』来源：《陶盗学报』质子传导型SOEC在电解质中传导质子。设备运行时，高温水蒸气从阳极侧进行供给。水分子在阳极参与氧化反应，失去电子后生成氧气和质子。质子通过质子传导电解质到达阴极后发生还原反应，在阴极处生成氢气。图17:氧离子传导型SOEC工作原二来源：《中国工程科学氧离子传导型SOEC在电解质中传导氧离子。和质子传导型SOEC有所区别的是，氧子传导型SOEC从阴极（氢电极）处供给水蒸气。水分子在得到电子后生成氢气，并电离出氧离子。氧离子经过电解质传导至阳极后，经氧化形成氧气。由于质子传导型SOEC在技术层面的要求更高，尤其是材料选择上存在很多障碍，目前的发展进度远远落后于氧离子传导型SOEC。在市场上，对SOEC的商业化尝试主要集中于氧离子传导型SOEC本篇后续也将把氧离子传导型SOEC作为重点进行综述。SOEC电解系统如上图所示。SOEC电解系统的最基本组成单元是SOEC电解池，多个电解池组装在一起成为SOEC电堆。多个电堆和气体处理系统、气体输送系统一起可以组合成SOEC电解模块。最终多个模块可以组合成一个完整的SOEC系统。由千各个SOEC设备制造公司的技术和工艺存在差异性，组成SOEC电解电堆的电解池数量、组成SOEC电解模块的电堆数量和组成SOEC电解系统的模块数量也会存在不同。接下来本篇将对电解系统的关键材料进行介绍。图18:SOEC电解水系统构成SOEC单个电解 SOEC电韶电 SOEC电解枝 ►SOEC电解系。三文

其他辅助设来源：Sunfire、势银SOEC电解池：电解质、阴极和阳极是SOEC电解池的核心组成部分，直接影响着设备的工作性能和工作效率电解质的性质决定了SOEC的技术路线和阴、阳极材料的选择（高温下热膨胀系数需保持—致）。电解质的主要作用是将在阴极产生的氧离子传导至阳极，阻隔电子电导，并防止阴池的欧姆损失，电解质层的厚度要尽可能减小。电解质材料通常选用导电陶盗材料。在800-1000°(的高温运行环境下，常用的电解质材料有忆稳定的氧化错（YSZ)和抗稳定的氧化错(ScSZ)。由千YSZ子电导率，相比ScSZ又具备—定的成本优势，已经成为了最常用的电解质材料。在600-800°(的中运行环境下，令阑锯稼镁（LSGM)、衫掺杂的氧化铺(SDC)和轧掺杂的氧化铀(GDC)也是较为常用的电解质材料。阴阴极是原料水分解的场所，并提供电子传导通道。这要求阴极材料具有良好的电子导率、氧离子导电率和催化活性，以确保反应的顺利进行。与此同时，由千阴极需要和高水保证电解所需水蒸气的供应和氢气产物的输出。由于在高温下，热膨胀系数不匹配会导致过阴极材料通常选用金属陶瓷复合材料。镌(Ni)、钻(Co)、铅(Pt)、令巴(Pd)都满足SOEC对阴极材料的要求。镜的成本较低，对水的分解反应具有良好的催化活性，用Ni和YSZ制造的金属陶瓷复合材料成为了最常用的阴极材料。使用YSZ和Ni作为阴极材料，可以使阴极的热膨胀系数接近以YSZ为主要材料的电解质，保持SOEC的机械稳定性。YSZ还可以提高界面的电化学反应活性，确保SOEC的工作效率阳阳极是产生氧气的场所。阳极材料必须要在高氧化的环境下保持稳定。与此同时，为铜（LM)的化学催化活性高，和电解质的热膨胀系数接近，是其中最具代表性的材料之—。高温固体氧化物电解水技术主流企业及科研机构介目前OC电解设备的总体产业化程度不高，推出的商业化产品较少，仍处于研发阶段。相比国内，国外推出的产品数量相对较多。国外SOEC目前国外可以生产SOEC电解水制氢设备的企业主要有德国Sunfire公司和美国Energy公司等表22:部分国外企业产品介产品制氢规 制氢电企业名氢气纯应用领(Nm习 (kWh/N而 （电解模块油品冶BloomEnergy 核能制（电解模块 中国电解水制氢产业蓝皮书2022Trend巳Trend巳势上海翌晶能源技术有限公 来源：势银表 国内SOEC企业相关进企业名产线及相关项上海应用物理研究1研制的20kW级高电解制氢与加氢—体化系统，结2在中科院战略先导专项的支持下，已启动200kW级发SOC在电网侧和氢冶金领域的应用3.2021年下半年，中标南方电网广州供电所有限公SOEC制氢研发系上海氢程科技有限公已建成SOEC产线，年产SOEC电解制氢功率中标上海应用物理研究所lOOkW浙江氢邦科技有限公H2-Bank已经建成MW在今年可以完成20MW级的电池的生产1.2021年，质子动力与中广核集团签约2kWSOEC制广东大亚湾核电站2.2022年，质子动力为国家电网提供SkWSOEC系统，用千国家电网谷电制氢示范项目，是该公司首SOEC制氢系统示范运营项来源：势银热能资源丰富的地区或废热较多的工业区是SOEC示范项目的理想场所相比使用ALK技术和PEM技术的低水电解设备，SOEC需要更多的热量来加热原料水。因此，从能源利用效率考虑，目前国内外的SOEC示范项目多位千热能资源丰富或废热较多的地区。项目介绍1、GrlnHy2.0该项目是德国第二大钢铁生产公司萨尔茨吉特(SalzgiterAG)和德国SOEC设备制造企业Sunire公司联合参与的绿色钢铁生产示范项目。传统的钢铁冶炼技术使用焦炭作为铁放至外界环境中。通过使用萨尔茨吉特发明的绿色低碳钢铁冶炼工艺(SALCOS),铁矿石将被氢气直接还原成海绵铁，并用于后续的钢铁生产。生产过程中将不在产生二氧化碳，作为副产物的水在经过净化提纯后也可以重复利用，对环境的影响更低。在氢气产量较低时，工艺中也会使用—定数量的天然气进行替代。图19:绿色低碳钢铁冶炼工艺示意Trend巳Trend巳势Steelmaking.图源：萨尔茨吉在GrlnHy2.0项目中，用千还原铁矿石的氢气由SOEC电解装置生产。由千SOEC的工作度在800°C左右，原料水需要提前加热。钢铁厂在冶炼过程中会产生很多的余热蒸汽，使用废热生产SOEC所需的水蒸气，可以有效提高能源利用效率，减少总能源投入，是因地制宜的典型案例。SOEC电解设备由德国Sunire公司提供，电解槽总功率达到20kW。—

图20:GrlnHy2.0项目流程示RenewableEnagea

oce貊 AnnalingProc5St,am-EI眈tm1m由古agenrruci Aed,ctian aOOn1 ahE1 Camaamnbasan 叩oge,into正 1 h“baslawO re啦i可1afs扫可 .,rruCl,eds waste来源：萨尔茨吉GrlnHy2.0项目的SOEC设备已千2020年12月正式投产。目标是到2022年底能至少运行3000h,以每小时18kg的生产速率，生产100吨左右的高纯氢气，并将SOEC的氢气生产能耗保持在40度电（交流电）每千克氢气以下，生产成本保持在7欧元每千克氢Trend巳Trend巳势气以下2、HaldorTopsoe合成氨示范项该项目是HaldorTopsoe的过程中，二氧化碳作为副产物之—将大量生成并排放到大气中。在碳中和的大背景下，HaldorTopsoe使用德国和丹麦海岸附近丰富的风电资源，配SOEC水电解制取绿色氢气替代传统的天然气重整制氢。值得—提的是，SOEC设备运行时塔的余热加热原料水可以达到提高能源效率的目的。SOEC电解设备由将由HaldrTopsoe自行研发和生产。图21:HaldorTopsoe合成氨工艺示意／

来源：Haldor不仅可以生产氢气，还能起到分离空气中氧气和氮气的作用。氧气在的阴分离装置图22:合成氨工艺中SOEC运行示意AmmoniasyngasbyApproximatemassbalanceswithSteamconversion80

1401402-

4N2+yy来源：Haldor按照HaldorTopsoe的工艺路线，使用SOEC生产绿色氢气，慢慢代替传统制氢方式，这是目前世界上为数不多的兆瓦级SOEC示范项目，达到了2.6兆瓦。项目由法国苏伊士燃气公司(Engie)和德国SOEC设备制造企业Sunire等公司合作，生产出的氢气将被应用于荷兰的生物燃料炼制工厂。图23:Multiphy项目工艺流程示意。Process 。2.4MW,1I,)]High-temperatureelectrol_Y。一三。一们。＠＾duw2们。＠＾duw20rpnH

Existinghydrogenproduction

H,gdd(30。Hydrogenload。99%ofH2Natural

reformer

来源：Multiphy项目公开资二氧化碳。使用SOEC生产氢气，不仅可以减少二氧化碳排放量，还可以有效利用生物燃料炼制过程中产生的余热蒸汽，提高能源利用效率。项目使用的SOEC电解设备由Sunfire公司提供，预计氢气生产速率保持在每小时60克，生产能耗将保持在39度电（交流电）每千克氢气。项目目标是至2024年底，SOEC可以累计工作16000小时，供应60吨氢气，满足生物燃料炼制工厂约1％的氢气需求。据估测，使用绿氢替代化石原料制氢，每小时可以减排0.5吨二氧化碳，对环境保护具有重大意义。4、核能合制核电站在运行过程中会产生大量的热量，这些热量会被水蒸气带出，用千汽轮机发电系统。由千汽轮机运行的效率有限，核电站会产生大量的废热。因此，核电站和需要热量的SOEC具有较高的契合度。图24:核能综合利用示范场Trend巳Trend巳势来源：中国科学院院展，核能耦合SOEC高温水电解制氢为中国可持续发展提供了更多的选择，也将有力缓解环境污染间题，实现碳中和目标。综上所述，由千在运行过程中对热能的需求更大，从提高能源利用效率的角度考虑，电解设备更适合于布局在热能资源丰富的工业区，如钢铁冶炼工厂、化工合成工厂或者是核能发电工厂。这些会是未来SOEC的主要应用场景。固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢技术介AEM是固体聚合物阴离子交换膜水电解(AnionExchangeMembrane)的简称。电解水技术是目前较为前沿的电解水技术之一，全世界只有极少数的公司在尝试将其商业化Trend巳Trend巳势以下是AEM电解水设备的示意图图25:AEM水电解设备示意图 发4QH--4e

发生反应4H20+4e一来源：势银如图所示，设备运行时，原料水从AEM设备的阴极侧进入。水分子在阴极参与还原反应量的H溶液或者NaHC03溶液作为辅助电解质，这有助千提高M电解设备的工作效AEM电解池是组成AEM电解系统的基本单位。多个AEM电解池一起组成了AEM电解模块。大量的AEM电解模块和多个辅助系统一起，构成了AEM电解水系统。其中，辅助系统包括氢气处理和干燥系统、水箱、水处理净化系统和交流直流转换器等等。阴离子交换阴离子交换膜是AEM电解池中最重要的部分，直接决定着AEM电解设备的工作效率膜的材料需要具备较高的阴离子传导性和极低的电子传导性。由于在AEM电解设备中，局部区域会出现高碗性，理想条件下，阴离子交换膜需要具备优秀的化学和机械稳定性。与此同时，为了隔绝阴极和阳极，防止氢气和氧气相互接触产生爆炸，阴离子交换膜必须具备极低的气体渗透性。目前的阴离子交换膜通常选用聚合物作为其主要材料。由于AEM电解水技术还处于研发阶段，现阶段仍未找到最合适的材料，在研发中使用较多的有芳香族聚合物。目前材料的选择仍然存在许多间题：1、芳香族聚合物在碱性环境中长期运行时，尤其是在加入了稀KOH溶液作为辅助电解质的情况下，会慢慢被降解，影晌AEM电解水设备的稳定性和系统寿命，．2、由于氢氧根离子在阴离子交换膜中的传导性比质子在质子交换膜中的传导性低的多，为了保持AEM电解池的工作效率，研发机构倾向千制作更薄的阴离子交换膜，以减少氢氧根离子传导时收到的阻力，但这也会降低阴离子交换膜的机械稳定性，使它容易出现孔洞。阴极材料和阳极材因此，阴极和阳极材料必须具备较强的催化活性，和多孔性。为了电极反应的顺利进行，阴极和阳极材料必须具备较高的阴离子传导性和电子传导性。现阶段使用最多的阴极材料主要是镌，阳极材料主要是镌铁合金。铁和镖不但对水的分解有较强的催化活性，而且来源广、成本低。由千AEM不需要在高腐蚀性的环境下运行，因此阴阳极材料中不需要加入钉元素等贵金属催化剂和钦。这大大降低了AEM设备的制造成本。会加入少量的贵金属。因此，开发低成本的高效非贵金属催化剂也是AEMAEM电解设备的总体产业化程度较低，仍处于前期研发阶段，全球仅有少数几家企业在尝试将AEM技术商业化。意大利Enapter公司是少数成功生产出商业化AEM制氢设备的企业。Enapter公司2018年德国汉诺威工业博览会上首次公布了AEM电解水模块，制氢规模达到0.5Nm3/h2021年，Enapter公司推出了AEM电解水制氢系统，系统由420个制氢模块组成，制氢规模达到05Nm3h。表25:Enapter公司AEM产品参生产速0.5Nm习氢气压可达氢气纯99.999%（有干燥器Trend巳Trend巳势制氢能运行功待机功运行环境（度运行环境（湿度最高耗水重尺长0.48m,宽0.63m,高来源napter公司千2021年开始AEM产线的建设。工厂每月可以生产10000台AEM水电解标准化模块，预计千2022年第四季度开始逐步投产，2023年初开始发货。中国目前在AEM制氢领域布局的企业相对较少，北京未来氢能科技和稳石氢能是其中比较有代表性的企业。表26:中国AEM 企业名 相关动 北京未来氢能科技 于2022年8月开始建设AEM制氢设备中试基地，包含阴离子交换膜、金属双极板和催化剂等关键部材产线稳石氢 自主研发的AEM电解水制氢系统由多个电解模块组成，可以足1-200Nm3/h的制氢需求目前有关AEM水电解技术的示范项目非常有限，大多仍处千研究阶段。2020年，AEM系统制造公司Enapter和国际化学公司嬴创(Evonik)等公司牵头，开展了名为CHANNEL的研究项目。项目各方以嬴创公司最新开发的阴离子交换膜为基础，研发低成本高效率的2kWAEM水电解设备，希望可以最终将设备成本控制在600欧元每kW以下（约4400元每kW)表27:项目参与公司汇参与公 主要职挪威Sintef研究整个项目的组织者和协洞赢负责阴离子交换膜的开发和部分实地测试工意大利Enapter公负责设计、制造和测试AEM电解设备，并提供AEM系统所需相应辅助设挪威科技大德国于利希研究中负责阳极镌基材料的设计与开发／并协助组装AEM荷兰壳牌公作为项目顾间，负责项目的技术经济分析和未来的市场规模预来源：势银项目参与方相信，如果可以为AEM水电解设备找到合适的材料，控制AEM设备的成本，提高AEM的工作效率，AEM在未来可以在水电解市场上占据一席之地。 中国电解水制氢产业蓝皮书2022Trend巳Trend巳势白色氢是指天然存在的氢。绿氢在中国目前没有被定义，中国将可再生能源通过水电解制氢产生的氢气称之为可二氧化碳等峻的全球气候变化形势，推动绿色低碳发展已成为全人类共识。2015年《巴黎协议》设定了本世纪后半叶实现净零排放的目标，这是全球应对气候变化挑战的重要举措，越来越多的国家正在将其转化为国家战略，提出了碳中和的目标并采取积极行动。碳达峰与碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，需要全人类、全社会、全行业共同努力，大力推进低碳发展。低碳发展的重点是能源结构转型，能源生产与利用加快向更清洁、低碳的方向转变。在各国和地区碳达峰、碳中和政策的引导推动下能源结构转型有望加快推进，化石能源生产与利用将面临更严格的碳排放约束，非化石能源逐渐成为能源增量主力军。氢能资源丰富、热值高、使用无污染，被视为理想的清洁能源，是实现碳中和的重要途径，将在全球能源新格局中扮演重要角色。通过可再生能源制备的氢气近乎零碳，是实现碳中和及碳达峰的最佳路径。同时由于世界各国可再生能源分布的不均匀性，未来绿氢（绿氢载体：绿氨、绿色甲醇）在国际能源贸易中的交易量也会逐年增加。这就需要对氢气相关产品的生产过程和运输及使用对氢气的溯源有第三方权威