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新技术路线即将打开电解槽降本增效空间

时间：2022-03-31 20:17:30 来源：

《氢能产业发展中长期规划（2021－2035年）》发布后，全社会对氢储能的期待进一步提升，同时对产业的认知需求也更为迫切。3月25日，香橙会研究院邀请三家电解水制氢设备创业企业开展线上讨论，以下是整场研讨会实录。

嘉宾分享前，香橙会研究院研究总监黄奕博士对国内外氢储能行业发展情况做了分享。

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氢储能行业格局：国外在运营9座，我国7座

氢能作为一种媒介，通过“可再生能源发电－水电解制氢－氢燃料电池发电”的能量转换过程，能有效解决可再生能源的波动性和间歇性，起到稳定电网的作用。

水电解制氢与氢燃料电池互为逆反应，与氢燃料电池结构完全一致，关键零部件都是双极板、膜电极等，差异主要在体现在材料体系，尤其是PEM电解槽。基于这种特性的便利，不少燃料电池企业正在将业务范畴延伸至PEM电解槽。

氢储能具备规模大、周期长、可跨季节储能等突出优势，将与电化学储能互补，共同构成两种主要储能方式。

据香橙会研究院统计，截止至2021年底，主要发达国家在运营氢储能设施已有9座，电解槽装机量合计17．33MW。其中，最大的两处均在德国，电解槽装机量为6，000kW；另有两处氢储能设施在建，电解槽装机量合计2．8MW。

我国在建和示范运行的氢储能设施共有7座。其中，位于张家口在建的“张家口200MW／800MWh氢储能发电项目”是目前全球规模最大的氢储能项目，将安装80套5，000kW电解槽，项目建设期为2年，预计2023年投入运行。

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氢克新能源：PEM电解槽气体扩散层和催化剂上的创新

氢克新能源是一家PEM电解槽领域的新兵，创始团队聚集了催化化学、流体力学、工业设计、工艺工程、供应链管理等专业领域优秀人士，人均拥有10年以上丰富产业或研发经验，各学科充分融合。

传统钛纤维毡结构气体扩散层内部孔隙结构复杂，没有规律性，导致气体和水在其内部的流体阻力较大，流体通过性较差，影响了整个电解反应的效率；钛纤维毡表面孔隙不规则，导致在其与膜电极表面催化剂层的接触为线接触，接触效率低，活性点位少，降低了析氧催化反应的速度；钛纤维毡表面孔隙较大且孔径大小不一、为了防止质子交换膜在阴阳极高压差下产生剪切破坏，需使用比孔径更大的厚度的质子交换膜，膜越厚，内阻也越大。

针对以上问题，氢克创业团队提出了高有序化直通孔结构阳极气体扩散层结构，可低成本规模化量产。

高有序化直通孔结构气体扩散层示意图

氢克的首创方法做出钛板厚度200～300微米，它的孔隙的密度可以达到每平方米1亿个以上，具有流体通过性优、活性点位多、过电势低等优点。新型气体扩散层大幅增强PEM膜的抗剪应力能力，同等压力差下，可使用更薄的PEM膜。

PEM电解槽阳极反应环境苛刻，强酸、强腐蚀，对阳极析氧催化剂酸稳定性要求极高。析氧反应是PEM电解水的瓶颈反应，析氧过电势是影响反应效率的最主要因素，要求阳极催化剂具有较高的催化活性。铱金属产量少，价格贵。依赖传统二氧化铱催化剂，预计2030年装机30GW电解槽时需要15到30吨铱，是目前年产量的2－4倍，低铱含量催化剂是必然方向。

氢克团队创新性地开发了低铱高效析氧催化剂，具备量产能力。