2024年11月26-28日，“2024势银氢能与燃料电池产业年会”在长沙世景广场皇冠假日酒店隆重举行。
苏州擎动动力科技有限公司总经理 朱威博士
做了题为
《PEM电解水膜电极发展正道》
的精彩演讲。
朱威博士表示，MW级PEM电解槽潜在应用主要为交通、电力领域，具体可分为制储加用一体化氢动力港口、制储加用一体化氢能矿场、可再生能源基地制氢与电网灵活消纳、电氢深度耦合智能微电网等。
为进一步拓展PEM制氢装置的应用，目前行业纷纷从成本角度作为切入点，采取各种方法进行降本，以求尽快实现PEM制氢装置的商业化前景。对于制氢领域而言，最能衡量不同制氢路线性价比的表现方式为氢气平准化成本(Levelized Cost of Hydrogen,LCOH)。影响PEM制氢LCOH的主要因素有能耗、电价、资本投入、运营成本和资金摊销。
其中电价对PEM制氢LOCH的影响最高，设备初始购置成本对LCOH的影响不足电价影响的三分之一，因此一味追求PEM设备成本的降低，并不能大幅度降低PEM制氢的LCOH。
此外，在当前槽体实际寿命普遍较低的情况下，槽体寿命对LCOH的成本影响非常明显。
根据LCOH模型计算，若PEM电解槽寿命不到2万小时（对应衰减率＞9μV/h），PEM电解水LCOH会显著增加80%以上；若PEM电解槽寿命超过6万小时后（对应衰减率＜3μV/h），LCOH对寿命敏感性显著降低。
通过提高膜电极的寿命和耐久性，从而提高PEM槽体寿命，可以非常有效的降低PEM制氢的LCOH。
成本因素对LCOH的影响的敏感性分析表明，能耗和电价对LCOH的影响是最大的，其次才是CAPEX，另外全年负荷时间也是一个较大的影响因素。
基于上述研究结果，朱威博士从膜电极发展正道角度出发，阐述了PEM制氢行业应有的健康生态。他表示，膜电极是PEM电解系统性能和寿命核心，但不是成本核心，CCM仅占系统成本11%。当前PEM电解槽企业首要追求的指标应是产品的耐久性和性能（电效率），通过提高膜电极的性能和耐久方能实现有效的制氢成本（LCOH）下降。而在目前的材料体系和市场规模下，膜电极材料成本的下降空间已非常有限。采用未经长期验证的材料或者过度追求低贵金属载量的催化剂，虽然降低了膜电极成本，却严重牺牲了膜电极的耐久性，往往得不偿失。
针对此，朱威博士认为
国内PEM电解水膜电极研发的优先方向应当为以下5点：
1）采用高耐久催化剂和膜，提高催化剂层结构稳定性，从而提高膜电极的耐久性；
2）采用高性能催化剂和更薄的膜，优化催化剂层设计，降低电解槽单位功率成本并提升效率；
4）保证膜电极耐久和性能的前提下，降低Ir载量，担载型，合金等；
5）保证膜电极耐久和性能的前提下，使用低成本材料替代。
朱威博士认为，当前国内PEM电解水膜电极的发展已经进入了一些误区，包括误以为PEM电解水膜电极制作的门槛低，不同供应商的产品初始性能差别不大；先拿膜电极开刀的惯性降本思维；膜电极不经长期耐久验证；为追求高性能而使用未经充分耐久验证的材料；使用未经过大批量生产验证一致性的制作工艺。
多年来，擎动科技在电解水膜电极开发实践中，一直向着产业健康发展的生态方向努力，并顺利找到了破解之道：
1.开发长耐久、高性能氧化铱阳极催化剂
开发了HSN IrOx，其特点是调控富羟基表面提高催化剂本征活性（Hydroxyl-rich），短程有序结构（SRO）兼顾高活性和高耐久，纳米颗粒团（Nanosized）聚体提高表面利用率，从而实现催化剂高活性和高耐久特征。
擎动PEM电解水催化剂与竞品MEA性能对比
催化剂加速耐久测试50k cycles后，2A/cm2电压降低5.9 mV，性能提升0.35%。进口竞品催化剂，衰减0.9 %
2.优化膜电极设计，兼顾高耐久性和高性能
采用高化学耐久的短支链膜和膜溶液，配合擎动高耐久HSN IrOx催化剂，使用较高I/C 比和膜电极后处理工艺以及浆料分散工艺，对膜电极的设计进行优化，最终实现膜电极的优异性能表现和耐久性能。
擎动PEM电解水膜电极采用不同膜材的性能表现
擎动PEM电解水膜电极的耐久性能：60℃ 2 A/cm2恒流耐久测试5000 h，平均衰减速率＜1 μV/h
3.开发精准、高效的膜电极规模化量产工艺
1）利用擎动科技在燃料电池膜电极领域多年积累的成熟经验和技术优势，开发了高效的氧中氢催化剂直接涂布工艺，实现氧中氢低至0.1%以下。
擎动PEM电解水膜电极实测氧中氢含量低至0.05%以下
2）开发了高精准阴阳极催化层间歇涂布技术，满足不同客户多样化的尺寸定制需求，电解水膜电极最大可加工尺寸达到1200*900mm，国内领先。同时，采用阴阳极催化剂同步卷对卷热辊转印，实现电解水膜电极的高效率、精准化生产。
正是在三线齐发的作用下，擎动科技高性能、长耐久电解水膜电极（HPCW-R930C）成功问世，各项指标均达到行业领先水平。
过去，擎动科技在燃料电池领域国产MEA连续五年出货量前三，因此有信心、有能力在电解水制氢领域谋取更大的发展。
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