從材料州藕、系統(tǒng)的提升峦夺，實(shí)現(xiàn)性能與成本的適配。
現(xiàn)階段企奔，國(guó)內(nèi)兆瓦級(jí)PEM電解槽的市場(chǎng)價(jià)格一般仍高達(dá)堿性電解槽的4~5倍椒玖。如何降本一直是PEM電解槽領(lǐng)域的核心話題之一，尤其是能否通過(guò)技術(shù)突破來(lái)降低設(shè)備成本娩证。
近期阁巨，國(guó)內(nèi)陸續(xù)有企業(yè)開(kāi)始推出了高電密、薄PEM膜的新型制氫PEM膜電極隐睹，根據(jù)披露信息岸寿，膜電極的降本帶來(lái)PEM電解槽可降至120萬(wàn)/MW以下（電堆部分），該價(jià)格不到當(dāng)前堿性電解槽的2倍鹿脯。這反映出膜電極的優(yōu)化對(duì)推動(dòng)PEM電解槽降本的巨大潛力践斟。
能景研究認(rèn)為，PEM電解槽有其結(jié)構(gòu)和材料的特殊性抵师，通過(guò)技術(shù)突破能夠在原材料顶赎、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)等方面獲得提升盯桦，從而實(shí)現(xiàn)性能與成本的適配慈俯，終行成產(chǎn)業(yè)化推廣。
本文從PEM電解槽的技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新方式入手拥峦，結(jié)合了國(guó)內(nèi)外PEM電解槽領(lǐng)域的實(shí)踐方向贴膘，嘗試?yán)迩逡恍┙当镜乃悸罚Ｍ麑?duì)行業(yè)有所啟發(fā)略号。
01 PEM電解槽的特殊材料刑峡、精密系統(tǒng)造成了較高成本
一套PEM制氫系統(tǒng)包括電堆（本文指不含BOP的槽體）和輔助系統(tǒng)2部分。其中電堆部分負(fù)責(zé)產(chǎn)氣玄柠，屬于單獨(dú)的裝備突梦，由極板、電極等組成羽利。輔助系統(tǒng)負(fù)責(zé)電宫患、氣、液这弧、熱等的管理娃闲，是一套綜合系統(tǒng)，由儀表匾浪、壓力容器逛徽、閥具珊辛、電子設(shè)備等一系列裝備及零部件組成。
電堆部分一般含有多種高價(jià)值材料穗免，成本占單槽系統(tǒng)50%左右障渡。一臺(tái)PEM電解槽電堆主要由膜電極、擴(kuò)散層趋臼、雙極板等組成篙袄。從PEM電堆部分所用的材料來(lái)看，含有全氟磺酸樹(shù)脂（膜）簿翔、氧化銥（陽(yáng)極）池致、鉑（陰/陽(yáng)極、鍍層）督靶、鈦（擴(kuò)散層、極板）等多種價(jià)值較高的材料捂臣。其中前3種材料的市場(chǎng)價(jià)格較高铃挠，如銥在2024年10月中旬的市價(jià)約1200元/g，鉑約240元/g堡掏。鈦的原料價(jià)格較低应结，但是成型及機(jī)械加工的難度等推高了鈦制品（鍍鉑鈦擴(kuò)散層和極板）的成本。
BOP系統(tǒng)復(fù)雜泉唁，一般在整套系統(tǒng)的成本中占約40%到60%鹅龄。一套BOP中含有近百個(gè)零部件。BOP部分涉及電源亭畜、氣液管理扮休、熱管理等環(huán)節(jié)，其中拴鸵，電源部分包括制氫電源玷坠、控制柜、配電柜等硬件以及控制程序軟件劲藐，氣液管理等部分則包括近20處閥件八堡、壓力/溫度檢測(cè)及反饋儀器等。風(fēng)/光波動(dòng)電源制氫場(chǎng)景給電解槽精細(xì)控制提出了更高要求聘芜。如制氫電源部分使用價(jià)格更高的IGBT兄渺、24脈整流晶閘管等，氣液管理等部分對(duì)非標(biāo)設(shè)備磁揽、進(jìn)口品牌等的需求較大寝典，進(jìn)一步推高了成本。
能景研究認(rèn)為屏部，PEM電解槽技術(shù)的創(chuàng)新突破以及實(shí)現(xiàn)與成本之間更好的平衡適配壮畏，離不開(kāi)“材料”和“系統(tǒng)”兩個(gè)層級(jí)÷衫埃現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)化PEM電解槽的技術(shù)仍處于相對(duì)早期，在材料和系統(tǒng)方面均有進(jìn)一步突破的可能性铭歪。
02 材料的提升及降本：以直接或間接地減少材料用量為切入點(diǎn)
材料的降本有優(yōu)化工藝辑蛔、循環(huán)回收、減少材料用量等途徑搀薛。其中昔主，在保障性能不減弱的情況下，通過(guò)減少高價(jià)值材料的使用是降本為直接的辦法稻填。從國(guó)內(nèi)外行業(yè)里的實(shí)踐來(lái)看字钓，一般來(lái)說(shuō)有3個(gè)思路：一是提升材料性能、二是尋找替代材料恰壁、三是優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料之間的匹配組合姊象。提升材料性能方面。通過(guò)調(diào)整材料的組分晓褪、微觀結(jié)構(gòu)等方式堵漱，在保障可靠性的前提下實(shí)現(xiàn)減少銥、鉑等材料的用量涣仿。典型如低銥勤庐、高活性催化劑的開(kāi)發(fā)。
現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外PEM電解槽應(yīng)用的膜電極的銥含量一般在1~2mg/cm2左右好港，也有企業(yè)開(kāi)始推出0.5mg/cm2愉镰、0.3mg/cm2等低銥含量的膜電極產(chǎn)品。尋找替代材料方面钧汹。通過(guò)尋找性能相近的元素或材料丈探，替代現(xiàn)有的較高成本的組分。典型有非銥催化劑拔莱，如將銥元素替換為釕类嗤、鉑等相對(duì)成本較低的元素；非鈦雙極板辨宠，如開(kāi)發(fā)鍍鉑不銹鋼極板等遗锣；非鉑涂層，如開(kāi)發(fā)金湾蝙、鈮涂層等（因零部件部位而異）宝猩。
目前國(guó)內(nèi)外在非銥催化劑方面仍以研發(fā)為主，在雙極板惰绘、涂層等部位已有產(chǎn)品開(kāi)始實(shí)踐孙远。
優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料的匹配組合方面。通過(guò)優(yōu)化氣/液流場(chǎng)蟀蛆、改善催化劑/膜/擴(kuò)散層不同組分之間的接觸面等方式友熟，保障材料本身的性能得到更加充分的發(fā)揮录抖，從而減少材料投入。典型如針對(duì)不同電流密度的膜電極栓占，選擇適配不同孔隙率的擴(kuò)散層两候、不同厚度的鍍層等。目前國(guó)內(nèi)外通過(guò)材料本身的優(yōu)化以及結(jié)合結(jié)構(gòu)的匹配等橡彬，PEM電解槽已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)1.5至2A/cm2的電流密度下40000多小時(shí)長(zhǎng)壽命運(yùn)行媳阴，而近期新推出的電解槽部分達(dá)到2A/cm2以上。
能景研究認(rèn)為橄霉，通過(guò)新材料窃爷、替代材料應(yīng)用技術(shù)的逐步突破，以及不斷的創(chuàng)新姓蜂、驗(yàn)證和數(shù)據(jù)積累按厘，PEM電解槽能夠?qū)崿F(xiàn)性能和成本之間的更加適配。值得說(shuō)明的是钱慢，這個(gè)過(guò)程并非一蹴而就的刻剥，也需要更多的時(shí)間去積累和沉淀。
03 系統(tǒng)的提升及降本：大型化和集成化為思路
通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的改進(jìn)及創(chuàng)新也是實(shí)現(xiàn)性能與成本更好適配的方法滩字。從行業(yè)實(shí)踐來(lái)看，目前對(duì)PEM電解槽進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)行提升的方式御吞，一般來(lái)說(shuō)有兩個(gè)思路：一是單堆的大型化麦箍，二是多堆的集成化。單堆大型化方面陶珠，主要為電堆的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零部件的突破等挟裂。該途徑下，需研究每個(gè)電解單元的性能及其堆疊成單堆的方式揍诽。以提升單堆產(chǎn)氫量的過(guò)程中诀蓉，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的突破上，典型如提高PEM電解槽系統(tǒng)中堆疊的單個(gè)電解單元數(shù)量竖枚；或是增大每個(gè)電解單元的極板面積劝讯，以提高每個(gè)電解單元的產(chǎn)氫量。零部件的優(yōu)化上路棍，如采用更高性能的膜電極及極板來(lái)提升每個(gè)電解單元的產(chǎn)氫量等也是一條途徑持乌。目前，海外公開(kāi)的PEM電解槽單堆大達(dá)到2.5MW ~ 3MW攀叼，2024年國(guó)內(nèi)廠家也開(kāi)始陸續(xù)推出1.5MW硫搏、2.5MW的產(chǎn)品。
多堆集成化方面要嘿，主要為BOP的集成及設(shè)計(jì)優(yōu)化等涝调。該途徑下坦推，將多臺(tái)PEM電堆集成共用一套BOP系統(tǒng)，如2臺(tái)1MW電堆共同組成2MW的制氫系統(tǒng)臭器。在過(guò)個(gè)電堆集成系統(tǒng)的過(guò)程中擅揖，零部件的使用上，BOP中將共用一套更大規(guī)模的氣液分離器锡移、儀表及制氫電源等呕童；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，在風(fēng)光波動(dòng)電源制氫的場(chǎng)景下淆珊，需采用多槽之間的協(xié)同控制策略夺饲，具體則包括智能化、自動(dòng)化系統(tǒng)等施符。目前往声，海外典型如西門(mén)子已實(shí)現(xiàn)了24臺(tái)單槽集成，康明斯等也采用2~3臺(tái)槽的集成策略戳吝。國(guó)內(nèi)已知有2臺(tái)左右集成的模塊化產(chǎn)品浩销。
能景研究認(rèn)為，系統(tǒng)的規(guī)奶蓿化能夠帶來(lái)較好的降本效益慢洋，假設(shè)制氫系統(tǒng)從1MW放大到10MW，BOP中各類(lèi)儀表陆盘、閥門(mén)等零部件雖然規(guī)格相應(yīng)放大普筹，但成本不會(huì)相應(yīng)擴(kuò)大10倍。值得說(shuō)明的是丰搞，電解制氫系統(tǒng)運(yùn)行的安全和可靠性需要BOP乃至整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同沉沾，不同場(chǎng)景、不同的“放大”路線稚铡，均離不開(kāi)實(shí)際驗(yàn)證和數(shù)據(jù)迭代的積累革辖，或新型技術(shù)策略的突破。
