完美收官！2023-PEM电解槽与燃料电池技术创新大会

12月27日，由氢能前沿主办、绿氢之家承办的“2023PEM电解槽与燃料电池技术创新大会”在苏州吴中福朋喜来登酒店正式举行。

本次大会以会议带展的形式，汇聚300余位氢能源产业行业专家及业内人士，涵盖PEM电解槽产业前沿研究、终端应用、生产制造和实践应用等领域。共有20余位行业专家、学者、企业代表发表了主旨报告，详细探讨了PEM电解槽产业链关键技术，商业模式，装备创新，以推动PEM电解槽产业化发展进程。

12月27日上午，2023PEM电解槽与燃料电池技术创新大会开始，本次大会全程由北京氢羿能源科技有限公司董事长米万良先生主持。

北京氢羿能源科技有限公司董事长 米万良

邢伟：

1、介绍了国外pem设备安全系统集成设计;

2、简述了西门子Silyzer200PEM设备特点，电解水制氢工艺为零隙设计，电解槽膜电极双侧均为纯水，运行寿命高，从原理上做到了氢氧分离，安全性高;

3、介绍了符合中欧标准撬装式pem电解槽系统设计的要求;

4、推动中欧氢能标准的互认;

张春荣：

推荐的一种PEM电解槽加速测试方案：

1.在额定功率下连续运行一段时间来确定性能衰减R1；

2.高电密下运行来检测催化剂层中离子聚合物和质子交换膜的衰减，以及Ti材组件的惰性化；

3.不同电密下循环切换，每个电密持续一定时间来检测催化剂的稳定性；

4.停机过程或OCV下的运行，检测Pt催化剂载体的稳定性；

上述每一步操作前后要检测i-V曲线、EIS和CV，增加的阻抗以μV/h表示。

魏广科：

集中式并网柔性制氢解决方案

•交流耦合，风光发电通过并网方式汇集，集中制氢

•通过智慧氢能管理系统实现“荷随源动”，与电网“弱”连接

•适合大规模风光集中式制氢

分散式离网柔性制氢解决方案

•直流耦合，风光就地离网制氢，通过管道汇集氢气

•适合大规模风光分散式制氢，特别是深远海海上风电离岸制氢

闫常峰：

低贵金属催化材料

多组分协同促进贵金属活性中心高效催化

耐腐蚀、高导电、抗氧化载体的设计及制备技术

复合催化剂活性中心高度分散、载体协同提升尺寸稳定性

低成本、长寿命PEM膜电极

高效活性表达的低贵金属催化层制备技术

无ionomer、超低铱、亚微米薄层催化电极制备技术

高化学稳定性、长寿命质子交换膜修饰技术

高效非贵金属析氢催化电极的设计制备技术

耐波动、长寿命PEM电解单槽及电堆

多孔传输层体相传质及界面优化设计

阴、阳极多孔传输层、双极板耐腐蚀、抗氧化技术

双向自循环水电解单槽测试平台及衰减原位诊断技术

张东：

PEM电解槽降本促进作用

1.贵金属催化剂

•铱载量

1.0→0.3mg/cm2

预测将推动成本降低 50%

2.质子交换膜

•基于国产化、规模化、减薄化，预计将产生 60%降价空间

3.大电流、高差压CCM

•单位面积电流效率提升 2~3倍

•PEM电解槽成本最高下降 60%

朱传宝：

国外公司在PEM电解水制氢技术与装备制造方面处于领先地位

国内商业化企业多为刚起步阶段，缺乏核心技术的全面产业化

国内PEM电解水技术现状：

关键材料：卡脖子，无法自主掌控全产业链

性能寿命：不过关，未经大量项目验证

批量化生产技术：不成熟，市场容量无法支撑

赵川：

2030全球电解水市场情况：

已宣布的项目高达175GW；

包括处于早期可研的项目，市场规模高达420GW；

单个超过1GW规模 的项目占据了绝大多数

欧洲、澳洲项目规划超过了200 GW

PEM电解水制氢技术的优势：

•无污染：无腐蚀有毒的电解溶液

•占地小：PEM占地远远小于ALK

•能耗低：相对碱性省约10%的电耗

•与可再生能源匹配性更好：适应电源间歇性、波动性，动态响应快、操作范围宽

•运维成本低：电堆大修仅对失效MEA与GDL做清洗或部分更换，日常维护费用低

万年坊：

PEM电解水制氢成本分析

1.目前PEM设备成本远高于碱性，在全生命周期成本中设备成本占比较高。

2.系统成本构成中电解堆的成本占比最高，而膜电极在电堆中的成本占比最高。未来核心要减少设备成本。

PEM电解水制氢过电位分析

由于存在欧姆、活化和传质过电位，进一步性能提升必须尽可能降低过电位。

1.欧姆过电位：欧姆阻抗乘电流密度，欧姆阻抗包括质子膜阻抗，部件的接触电阻和体电阻等，可以EIS法高频阻抗得到。

2.动力学过电位：包括阴极和阳极过电位，其中阳极过电位占主导，可测量低电流密度下的过电位，扣除欧姆过电位（此时传质过电位可以忽略），根据Tafel公式推导出各个电流密度下的动力学过电位。

3.传质过电位：包括水气传输和阴阳极催化层的质子传输阻抗，可由总过电位减去欧姆和动力学过电位计算得到。

米万良：

碱性电解槽与PEM盈亏平衡对比分析

✓ 假设条件：PEM电解槽造价=3碱性电解槽，氢气售价：1.55元/标方，PEM节能10%， 2000Nm3/h制氢装置衡算，每年运行小时数8000h

✓ 运行3-4年后，PEM电解槽经济性超过碱性。

PEM成本下降空间

✓ PEM电解槽未来成本随着电流密度提升、原材料成本下降、以及批量化 规模效应，成本下降到当前的2倍以上

种丽娜：

催化剂在PEM电解水中的应用：

1：通过对过渡金属元素进行核外电子层构型的修饰，提高非贵金属催化剂的催化性能，使非贵金属催化剂能在PEM电池中相对稳定运行，并产生相对较大的大电流。

2：通过增加贵金属的活性比表面，调节其原子环境结构，提高其在载体表面分布的均匀性，可有效提高其催化析氧活性。

3：高的比表面、孔隙度，均匀的分散度、以及较高的导电性，是研发PEM用析氧催化剂的关键。

王翼：

“氢智（HSPlus）”氢能工厂仿真软件是在重庆海王星智能装备集团多年来在智慧工厂的建设经验上专门针对智慧氢能工厂的仿真软件，本软件集合了氢能工厂从“绿电+绿氢+氢应用“的全过程仿真的工厂建模、工艺建模、电气建模、控制建模、运营模型、常用数据等，让用户不仅在设计阶段就可以对氢能工厂进行仿真优化，后期运营阶段还可以接入真实数据对运营管控优化，最终降低氢能工厂及产业链投建营的综合成本。

张波：

中国在氢的制取、存储、运输和应用等产业链关节环节加快部署，初步形成较为完善的产业链条。

上游制氢与纯化：我国拥有相对成熟的规模化生产技术（化石燃料制氢、工业副产氢）和明确的长期发展方向（可再生能源电解水制氢）

中游储运：氢气的大规模安全储运是现阶段氢能商业化应用亟待突破的“瓶颈”高压气态储氢为主要技术方向。   

下游应用：我国有约90-95% 的氢能消费集中在石油化工、钢铁冶金等工业原料领域。氢作为能源消费的市场规模依然较小。氢燃料电池、医疗健康、氢农业有望成为未来氢能消费增长点。

任航星：

PEM与传统碱性电解水制氢相比，主要优点：

1、工作介质为纯水，无腐蚀性，对环境无污染，对人体无伤害；

2、粗氢纯度高，可输出更高压力；

3、电解槽系统可按等压或差压设计，可电化学增压；

4、电解槽运行电流密度高，电解槽设备集成度高；

5、冷启动更快，可调范围更宽，适应绿电宽功率波动性好；

6、系统简单、小型化和集成化，易于操作维护；

7、高可靠安全性，实现无人值守，自动化程度高

许昌：

许总就PEM电解槽装备以下内容进行了介绍：

（1）膜电极封装工艺解决能力

（2）极板、垫片封装工艺解决能力

（3）电堆组装工艺解决能力

（4）项目交付情况汇报

唐先广：

PEM电解水制氢选用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜作为固体电解质替代石棉膜，能有效阻止电子传递，提高电解槽安全性。

PEM电解槽主要部件由内到外依次是质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板等组成。

电解水制氢所用质子交换膜多为全氟磺酸膜，制备工艺复杂，如科慕Nafion™系列膜、陶氏XUS-B204膜、旭硝子Flemion®膜、旭化成Aciplex®-S膜等，国产的膜有东岳、科润、国电投、汉丞、氢辉等优秀企业。

其作用为传导质子，隔离氢气和氧气，而且还为催化剂提供支撑，其性能的好坏直接决定水电解槽的性能和使用寿命。

田玲：

多技术路线并举是实现绿氢高速发展的源动力

碱性电解水制氢技术成熟度最高，已经实现工业规模的产氢。

PEM电解水制氢效率更高、响应更快，在更丰富多样的制氢场景中有独到优势。

PEM电解槽的加速产业化需要系统性推进

 PEM电解槽降本路径可以从燃料电池借鉴和参考经验。

 电解槽极板和多孔传输层（钛毡）作为核心组件，降本潜力巨大。

PEM电解槽用金属极板的核心痛点

面向大标方、长寿命电解槽需求，PEM电解槽金属极板需要突破大面积均一化结 构、长寿命运行、低成本制备多重挑战。

PEM电解槽钛毡的核心痛点

目前PEM电解槽钛毡仍主要面临接触电阻高、表面平整度差、制备成本高等痛点问题。

于平：

当前，大规模水电解制氢的主流是ALK碱水制氢，PEM纯水电解制氢在耦合光伏和风力等可再生能源方面具有技术优势，有效解决可再生能源的周期性、波动性问题，未来伴随可再生能源耦合制氢场景越来越多，其在水电解制氢的比重也将越来越大！

至此，“2023PEM电解槽与燃料电池技术创新大会”圆满结束。感谢所有演讲嘉宾以及参会人员对本次大会的大力支持。