1、AEM電解槽制氫成本低、穩定性高
根據觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國AEM電解槽行業(yè)發(fā)展趨勢研究與未來(lái)投資預測報告（2024-2031年）》顯示，AEM電解水技術(shù)基于A(yíng)WE和PEM制氫技術(shù)發(fā)展起來(lái)。AEM制氫使用純水或低濃度堿液作為電解質(zhì)，水由陽(yáng)極穿過(guò)AEM膜滲透到陰極，在陰極發(fā)生析氫反應產(chǎn)生OH-和氫氣，OH-穿過(guò)AEM膜傳導到陽(yáng)極，并在陽(yáng)極發(fā)生析氧反應。AEM電解槽與PEM電解槽結構相似，電解小室主要由陰離子交換膜、催化劑層、氣體擴散層和雙極板組成。
AEM優(yōu)勢
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序號 |
優(yōu)勢簡(jiǎn)介 |
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1 |
無(wú)貴金屬催化劑、未來(lái)商業(yè)化后可以實(shí)現低成本 |
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2 |
電流密度較高，能夠在較低溫度和壓力下運行，擁有較高的電解效率 |
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3 |
良好的動(dòng)態(tài)響應特性，未來(lái)適合大規?？稍偕茉粗茪?/span> |
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4 |
制氫穩定性高、制氫純度較高，可以有效隔絕氫氣和氧氣 |
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5 |
較AWE電解槽體積小 |
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6 |
較AWE使用的堿液濃度更低，具有易處理、安全性高、降低運維成本等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現綠色制造 |
資料來(lái)源：觀(guān)研天下整理
AEM技術(shù)現狀與未來(lái)關(guān)鍵性能指標
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指標 |
2020年 |
2050年目標 |
研發(fā)重點(diǎn) |
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電壓范圍(V) |
1.4~2.0 |
<2 |
電催化劑 |
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工作溫度(°C) |
40~60 |
80 |
膜、電催化劑 |
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電池壓力(MPa) |
<3.5 |
>7.0 |
膜 |
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正常電流密度(A/cm2) |
0.2~2 |
>2 |
膜、電催化劑 |
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電堆產(chǎn)氫功耗(KWh/Kg) |
51.5~66 |
<42 |
電催化劑、膜 |
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系統產(chǎn)氫功耗(KWh/Kg) |
57~69 |
<45 |
氫廠(chǎng)平衡 |
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負載范圍 |
5~100% |
5~200% |
膜 |
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電解效率 |
52~67% |
>75% |
電催化劑 |
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H2純度 |
99.9~99.999% |
>99.9999% |
膜 |
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電堆生命周期(h) |
>5000 |
100000 |
膜、電極 |
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≧1MW電堆成本(USD/KW) |
未知 |
<100 |
膜電極 |
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≦10MW系統成本(USD/KW) |
未知 |
<200 |
整流器 |
資料來(lái)源：觀(guān)研天下整理
2、全球AEM電解槽仍處于研發(fā)初期，僅歐美部分廠(chǎng)商取得突破
目前，全球AEM電解槽行業(yè)仍處于研發(fā)初期，僅歐美部分廠(chǎng)商取得突破。歐盟FCH-JU于2020年啟動(dòng)AEM電解水制氫研發(fā)集群項目，其中由德國Evonik和Enapter等牽頭的CHANNEL項目主要研究和開(kāi)發(fā)2KW的AEM電解水系統，多個(gè)歐盟國家的企業(yè)和研究機構參與核心部件的研發(fā)。2023年5月德國Enapter推出全球首個(gè)MW級AEM電解槽；意大利Ansaldo Energia于2024年1月成功測試MW級AEM樣機。不過(guò)，AEM電解槽大規格、高功率都尚待驗證。
德國Enapter和Evonik的AEM電解系統研制CHANNEL項目
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研究機構/企業(yè) |
主要職責 |
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挪威Sintef研究所 |
整個(gè)項目的組織者和協(xié)調者 |
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德國Evonik(贏(yíng)創(chuàng )) |
負責陰離子交換膜的開(kāi)發(fā)和部分實(shí)地測試工作 |
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德國Enapter |
負責設計、制造和測試AEM電解設備，并提供AEM系統所需的相應輔助設備 |
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挪威科技大學(xué) |
負責陰極鎳基材料的設計和開(kāi)發(fā) |
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德國于利希研究中心 |
負責陽(yáng)極鎳基材料的設計與開(kāi)發(fā)，并協(xié)助組裝AEM電解設備 |
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荷蘭殼牌 |
作為項目顧問(wèn)，負責項目的技術(shù)經(jīng)濟分析和未來(lái)的市場(chǎng)規模預測 |
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3、我國AEM電解槽行業(yè)未進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，但企業(yè)發(fā)力明顯
由于A(yíng)EM核心部件AEM膜、催化劑的開(kāi)發(fā)和應用尚未成熟，尤其是AEM膜的規?；蛧a(chǎn)化難度最大。
我國AEM電解槽行業(yè)面臨的挑戰
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挑戰 |
簡(jiǎn)介 |
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AEM膜的離子傳導率較低 |
AEM膜的OH-離子傳導率僅約PEM膜傳導H+的一半 |
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AEM膜的穩定性較低 |
AEM膜在長(cháng)時(shí)間運行過(guò)程中，聚合物主鏈和有機陽(yáng)離子基團易受OH-進(jìn)攻而發(fā)生化學(xué)降解，降低了電解槽的穩定性和壽命 |
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AEM膜需具備親水性 |
對水分子的透過(guò)性較高，但可能導致水的損失和電解槽的效率降低 |
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AEM膜具有較高阻隔氣體性能 |
需具備良好的阻隔氣體性能，同時(shí)隔絕電子讓化學(xué)反應涉及的電子通過(guò)外電路傳遞 |
資料來(lái)源：觀(guān)研天下整理
不過(guò)，近幾年，我國國產(chǎn)AEM電解槽企業(yè)發(fā)力明顯。例如，穩石氫能于2023年推出2.5KW和10KW級別的AEM電解槽系統；清能股份在A(yíng)EM膜上實(shí)現突破，在最新研制AEM槽實(shí)現42KWh制取1Kg氫氣的超低能耗，并將銥和鈦替換為低成本、儲量豐富的材料。在核心材料與零部件方面，全球僅德國贏(yíng)創(chuàng )Evonik、加拿大Ionomr、億緯氫能、清能股份等成功研制出陰離子交換膜。
我國AEM電解槽行業(yè)相關(guān)企業(yè)進(jìn)展情況
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代表性企業(yè)和研究機構 |
主要進(jìn)展 |
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穩石氫能 |
1）基于對高強度陰離子膜的研究積累，對非貴金催化劑性能不斷的突破，于2023年推出首款2.5KW電解槽系統，同年推出10KW電解槽系統。2）2024年6月，基于對可控彈性支撐層、熱固化催化劑和密封的突破，穩石氫能完成了單槽250KW測試驗證。3）通過(guò)新技術(shù)、新工藝實(shí)施以及產(chǎn)能效應釋放，據悉，穩石氫能將在2024年四季度完成單槽1兆瓦AEM系統并發(fā)布。 |
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億緯氫能 |
2024年3月26日，億緯氫能100KW AEM電解槽產(chǎn)品發(fā)布，采用使用自主研發(fā)的膜電極體系。預計將于今年年底推出兆瓦級AEM電解槽產(chǎn)品。 |
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清能股份 |
1）2024年2月，宣布在新型AEM膜上取得重大技術(shù)突破。2）2024年6月，通過(guò)不斷革新技術(shù)，清能股份的科學(xué)家們已經(jīng)驗證AEM電解槽在實(shí)驗室條件下以0.35A/cm2的電流密度和1.56V/cell的電壓下穩定運行。在此次AEM的技術(shù)創(chuàng )新中，清能股份發(fā)明了一種新型電極結構（專(zhuān)利申請中），具有高比表面積和優(yōu)異的穩定性。同時(shí)，將銥和鈦從電解槽設計中剔除，替換使用低成本、儲量豐富的材料。3）據悉，清能股份計劃在2024年底推出新型兆瓦級高效率的AEM電解槽。 |
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臥龍英耐德 |
2024年3月由德國Enapter和臥龍電驅合資設立，致力于AEM電解槽技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品在中國區域的發(fā)展。 |
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德林海零碳 |
是上市公司無(wú)錫德林海的全資子公司，2024年4月德林海零碳發(fā)布了“全球首創(chuàng )1Nｍ3/h 22M PaAEM電解槽”重要研究成果。 |
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中科院大連化物所 |
2024年4月，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所在自支撐非貴金屬OER電極設計及其在陰離子交換膜（AEM）海水電解應用研究中取得重要進(jìn)展。 |
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普發(fā)動(dòng)力 |
2024年5月展出3KW AEM制氫系統，公司AEM制氫系統共3KW、30KW、200KW的3個(gè)系列，額定工況下能耗低至4.5KWh/Nm3，適應波動(dòng)范圍20%~110%。 |
資料來(lái)源：觀(guān)研天下整理（WYD）
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