1、AEM电解槽制氢成本低、稳定性高
根据观研M88体育官方网发布的《中国AEM电解槽产业发展趋势研究与未来投资预测M88体育官方（2024-2031年）》显示，AEM电解水技术基于AWE和PEM制氢技术发展起来。AEM制氢使用纯水或低浓度碱液作为电解质，水由阳极穿过AEM膜渗透到阴极，在阴极发生析氢反应产生OH-和氢气，OH-穿过AEM膜传导到阳极，并在阳极发生析氧反应。AEM电解槽与PEM电解槽结构相似，电解小室主要由阴离子交换膜、催化剂层、气体扩散层和双极板组成。
AEM优势
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序号 |
优势简介 |
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1 |
无贵金属催化剂、未来商业化后可以实现低成本 |
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2 |
电流密度较高，能够在较低温度和压力下运行，拥有较高的电解效率 |
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3 |
良好的动态响应特性，未来适合大规模可再生能源制氢 |
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4 |
制氢稳定性高、制氢纯度较高，可以有效隔绝氢气和氧气 |
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5 |
较AWE电解槽体积小 |
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6 |
较AWE使用的碱液浓度更低，具有易处理、安全性高、降低运维成本等优点，可以实现绿色制造 |
资料来源：明升体育M88整理
AEM技术现状与未来关键性能指标
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指标 |
2020年 |
2050年目标 |
研发重点 |
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电压范围(V) |
1.4~2.0 |
<2 |
电催化剂 |
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工作温度(°C) |
40~60 |
80 |
膜、电催化剂 |
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电池压力(MPa) |
<3.5 |
>7.0 |
膜 |
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正常电流密度(A/cm2) |
0.2~2 |
>2 |
膜、电催化剂 |
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电堆产氢功耗(KWh/Kg) |
51.5~66 |
<42 |
电催化剂、膜 |
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系统产氢功耗(KWh/Kg) |
57~69 |
<45 |
氢厂平衡 |
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负载范围 |
5~100% |
5~200% |
膜 |
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电解效率 |
52~67% |
>75% |
电催化剂 |
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H2纯度 |
99.9~99.999% |
>99.9999% |
膜 |
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电堆生命周期(h) |
>5000 |
100000 |
膜、电极 |
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≧1MW电堆成本(USD/KW) |
未知 |
<100 |
膜电极 |
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≦10MW系统成本(USD/KW) |
未知 |
<200 |
整流器 |
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2、全球AEM电解槽仍处于研发初期，仅欧美部分厂商取得突破
目前，全球AEM电解槽产业仍处于研发初期，仅欧美部分厂商取得突破。欧盟FCH-JU于2020年启动AEM电解水制氢研发集群项目，其中由德国Evonik和Enapter等牵头的CHANNEL项目主要研究和开发2KW的AEM电解水系统，多个欧盟国家的企业和研究机构参与核心部件的研发。2023年5月德国Enapter推出全球首个MW级AEM电解槽；意大利Ansaldo Energia于2024年1月成功测试MW级AEM样机。不过，AEM电解槽大规格、高功率都尚待验证。
德国Enapter和Evonik的AEM电解系统研制CHANNEL项目
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研究机构/企业 |
主要职责 |
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挪威Sintef研究所 |
整个项目的组织者和协调者 |
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德国Evonik(赢创) |
负责阴离子交换膜的开发和部分实地测试工作 |
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德国Enapter |
负责设计、制造和测试AEM电解设备，并提供AEM系统所需的相应辅助设备 |
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挪威科技大学 |
负责阴极镍基材料的设计和开发 |
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德国于利希研究中心 |
负责阳极镍基材料的设计与开发，并协助组装AEM电解设备 |
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荷兰壳牌 |
作为项目顾问，负责项目的技术经济分析和未来的市场规模预测 |
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3、我国AEM电解槽产业未进入产业化阶段，但企业发力明显
由于AEM核心部件AEM膜、催化剂的开发和应用尚未成熟，尤其是AEM膜的规模化和国产化难度最大。
我国AEM电解槽产业面临的挑战
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挑战 |
简介 |
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AEM膜的离子传导率较低 |
AEM膜的OH-离子传导率仅约PEM膜传导H+的一半 |
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AEM膜的稳定性较低 |
AEM膜在长时间运行过程中，聚合物主链和有机阳离子基团易受OH-进攻而发生化学降解，降低了电解槽的稳定性和寿命 |
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AEM膜需具备亲水性 |
对水分子的透过性较高，但可能导致水的损失和电解槽的效率降低 |
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AEM膜具有较高阻隔气体性能 |
需具备良好的阻隔气体性能，同时隔绝电子让化学反应涉及的电子通过外电路传递 |
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不过，近几年，我国国产AEM电解槽企业发力明显。例如，稳石氢能于2023年推出2.5KW和10KW级别的AEM电解槽系统；清能股份在AEM膜上实现突破，在最新研制AEM槽实现42KWh制取1Kg氢气的超低能耗，并将铱和钛替换为低成本、储量丰富的材料。在核心材料与零部件方面，全球仅德国赢创Evonik、加拿大Ionomr、亿纬氢能、清能股份等成功研制出阴离子交换膜。
我国AEM电解槽明升体育m88备用企业进展情况
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代表性企业和研究机构 |
主要进展 |
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稳石氢能 |
1）基于对高强度阴离子膜的研究积累，对非贵金催化剂性能不断的突破，于2023年推出首款2.5KW电解槽系统，同年推出10KW电解槽系统。2）2024年6月，基于对可控弹性支撑层、热固化催化剂和密封的突破，稳石氢能完成了单槽250KW测试验证。3）通过新技术、新工艺实施以及产能效应释放，据悉，稳石氢能将在2024年四季度完成单槽1兆瓦AEM系统并发布。 |
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亿纬氢能 |
2024年3月26日，亿纬氢能100KW AEM电解槽产品发布，采用使用自主研发的膜电极体系。预计将于今年年底推出兆瓦级AEM电解槽产品。 |
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清能股份 |
1）2024年2月，宣布在新型AEM膜上取得重大技术突破。2）2024年6月，通过不断革新技术，清能股份的科学家们已经验证AEM电解槽在实验室条件下以0.35A/cm²的电流密度和1.56V/cell的电压下稳定运行。在此次AEM的技术创新中，清能股份发明了一种新型电极结构（专利申请中），具有高比表面积和优异的稳定性。同时，将铱和钛从电解槽设计中剔除，替换使用低成本、储量丰富的材料。3）据悉，清能股份计划在2024年底推出新型兆瓦级高效率的AEM电解槽。 |
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卧龙英耐德 |
2024年3月由德国Enapter和卧龙电驱合资设立，致力于AEM电解槽技术相关产品在中国区域的发展。 |
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德林海零碳 |
是上市公司无锡德林海的全资子公司，2024年4月德林海零碳发布了“全球首创1Nｍ³/h 22M PaAEM电解槽”重要研究成果。 |
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中科院大连化物所 |
2024年4月，中国科学院大连化学物理研究所在自支撑非贵金属OER电极设计及其在阴离子交换膜（AEM）海水电解应用研究中取得重要进展。 |
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普发动力 |
2024年5月展出3KW AEM制氢系统，公司AEM制氢系统共3KW、30KW、200KW的3个系列，额定工况下能耗低至4.5KWh/Nm³，适应波动范围20%~110%。 |
资料来源：明升体育M88整理（WYD）
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