國內PEM制氫設備企業開始往更大標方的方向上 “發力“。
近日，陽光氫能科技有限公司(下稱“陽光氫能“)200標方PEM制氫系統啟運發貨，長春綠動氫能科技有限公司(下稱”長春綠動“)“兆瓦級高性能質子交換膜電解制氫裝備”項目順利通過鑒定，國產PEM水電解制氫設備大有向200標方以上邁進的意味。
據了解，PEM電解水制氫設備制氫能力提升主要取決于電解槽，PEM制氫系統向200標方突破背后，PEM電解槽技術的提升才是難點所在，現階段國內已經成熟應用的PEM電解槽大多在100標方以下，如何突破更大標方、更高功率密度仍是考驗。
“PEM電解槽從50標方跨越到200標方，技術難度是幾何級增加的。”NEL中國總經理竺炯操告訴高工氫電，PEM電解槽往更大標方的方向發展，在提升制氫能力的同時，意味著材料和制備工藝必須升級。
大標方PEM制氫設備發展現狀
從國內主要PEM電解水制氫設備企業近期的表現來看，已經落地的多個項目都在往更大標方的方向發展。
以陽光氫能為例，其近期啟運發貨的200標方PEM制氫系統，采用國內領先的PEM電解水制氫技術和IGBT制氫電源，利用電廠屋頂光伏為氫能系統提供電力，通過氫站內加氫設備給燃料電池重卡加氫，以達到氫能制、儲、加一體化的示范性效果，是國內為數不多制氫系統在氫站制氫的商業化示范項目。
陽光氫能方面表示，該套制氫系統除PEM制氫優勢外，還具有智能化程度高的特點，采用智能控制算法與可再生能源波動、間歇性特點相契合兼具高效、經濟、安全、智能等優勢，有效適用于制、儲、加一體化制氫項目。
另一家公司，國氫科技旗下的長春綠動也在7月中旬推出了200標方的PEM制氫系統，該“兆瓦級高性能質子交換膜電解制氫裝備”采用集成式制氫產品，由多個電解槽組合而成。
目前，完成運行測試的兆瓦級PEM電解制氫裝備已交付“吉林長春中韓示范區可再生能源制氫加氫一體化項目”綠氫示范項目使用，該裝備的研發將加快推進PEM制氫研發制造基地建設與產品產業應用，助力國家電投在“綠電一綠氫一綠氨”協同消納示范應用等方面的優勢。
整體來看，我國PEM制氫企業布局中更多聚焦在小型電解槽的生產，這些產品主要應用于氫健康領域。近年來，中船718所、賽克賽斯氫能、陽光氫能、長春綠動等多家國內企業所公布的PEM電解制氫系統的制氫規模突破200標方，不斷向大型PEM制氫裝備的方向突破。
值得一提的是，目前國內多個公開的兆瓦級PEM電解水制氫項目的制氫系統所用的并非單電解槽，而是多個電解槽組合而成，國內鮮少有企業具備200標方PEM單電解槽的制造能力，無論是技術還是經驗，國內企業與國外相比還有較大的差距。
現階段，國際上具備PEM電解槽設計和制造能力的企業不少，Nel、西門子和康明斯都其中的佼佼者。以Nel公司為例，其歷史可以追溯到1927年，公司主要從事氫電解槽制造與加氫站業務，是全球最大的氫電解槽供應商、加氫站供應商。
收購Proton Onsite之后，NEL公司PEM電解水制氫設備涵蓋了從1.05Nm?/h到5000 Nm?/h的各種規格型號產品，其目前成熟應用的PEM單電解槽制氫能力可達250Nm?/h。其推出了便于戶外使用的集裝箱式PEM電解槽產品，可廣泛應用于工業、運輸和可再生能源制氫等場景。
大標方PEM電解槽的產業化瓶頸待解
現階段，只有達到兆瓦級的PEM電解水制氫項目才會用上200標方以上的PEM制氫系統，但是由于 PEM電解水制氫設備價格過于昂貴，目前大規模電解水制氫市場基本被堿性電解水制氫設備占據。
目前國內市場成熟應用的堿性電解水制氫設備制氫能力已經突破到1000標方以上，價格也從100萬～1000余萬元不等，其中1000標方的堿性電解水制氫設備價格大約在1000萬元左右。而具備同樣制氫能力的PEM電解水制氫設備的價格則是堿性電解水制氫設備的4倍以上。
成本高、價格貴是影響大標方PEM電解水制氫設備的市場應用擴張的主要因素，其主要瓶頸體現在PEM電解槽的核心材料方面。
以PEM電解水制氫所需的膜電極為例，雖然與氫燃料電池所用膜電極的名字相同、原理接近，但兩者之間仍存在明顯的材料和技術難度差異。
一是所用質子膜的厚度、溶脹率不同。燃料電池質子膜厚度只有8-10微米，溶脹率較低，因此在連續卷對卷涂布時相對容易，質子膜不易出現變形;而電解水制氫所用的質子膜多采用115、117型號的均質膜，厚度在150-200微米之間，相對較厚，溶脹率較高，因此在涂布時，質子膜可能會出現溶脹、變形等情況。因此，電解水膜電極的涂布設備需要特殊的設計，不能直接利用燃料電池膜電極的涂布裝備。
二是所用的催化劑及催化劑沉降情況不同。燃料電池膜電極使用的催化劑為鉑碳，比重小不易在漿料中出現沉降現象;水電解所用催化劑為氧化銥，比重大且沒有載體，因此在制作漿料過程中易出現聚集及沉降現象。
當PEM電解槽往更大標方的方向拓展時，所面臨的材料和制造工藝難題就會成倍增加。
“單電解槽往更高功率密度的方向發展，水熱管理、流場管理和密封都是較大的挑戰，也大大提高了在制造工藝方面的要求。” 竺炯操表示，就膜電極來說，與大標方PEM電解槽相適配的膜電極尺寸明顯變大，這對膜電極的涂布是極大的考驗。表面積成倍的增加，不是簡單的調整設備參數就能解決的，如何保證生產的一致性和穩定性，需要對生產設備和工藝有足夠深刻的理解。
好消息是，中國的PEM電解水制氫設備企業們正在跑步追趕。高工氫電獲悉，國內的某PEM電解水制氫設備企業近期已經研發出了150標方PEM單電解槽，由這樣2個150標方的電解槽所組成的300標方PEM制氫系統已經交付客戶驗證中。
