1874年,法国科幻小说家凡尔纳在小说《神秘岛》中写道:“总有一天,水可以被电解为氢和氧,并用作燃料,而构成水的氢和氧……将会成为供暖和照明的无限能源。”
今天,电解水制氢已从小说走进现实,成为生产绿色氢能最常见、技术最成熟的方式。所谓电解水制氢,就是在直流电作用下将水进行分解,产生氢气和氧气的过程。其生产原料主要是水和利用太阳能、风能等可再生能源产生的电,这意味着零排放和低碳,非常环保。
电解水制氢技术包括碱性电解水(ALK)、质子交换膜电解水(PEM)、阴离子交换膜(AEM)等技术路线。据李辉介绍,如果为这几个路线在当下的技术成熟度打分,ALK是在8分以上,PEM是在6分以上,而AEM则是在3分以上。李辉的氢辉能源当下主攻的正是PEM技术,它的主要难点在于质子交换膜。
“之前国内凡是在做这个领域的,都是需要从国外去进口而且成本非常高,还常常买不到货。”她回忆称,自己2015年刚回国时曾承担了国内燃料电池的第一条气体扩散层生产线的建设任务。当时,国内企业因为缺乏核心技术,从国外采购的气体扩散层每平米要3400元,但其原材料碳纤维的成本仅70元/平米。
过去数年间,中国的燃料电池产业取得了长足的进步,攻克了越来越多的技术难题,掌握了众多燃料电池重要部件的核心技术,生产成本也显著降低。以气体扩散层为例,国外采购成本已降至600元,连带燃料电池的每千瓦成本也从17000元降低至2000-3000元。这一切不仅得益于中国制造业的规模效应,也离不开众多科研院所、创业企业的艰苦攻关。
“氢辉也非常自豪,我们实现了双增强型质子交换膜(BriPEM)技术的突破。”李辉兴奋地说。传统的质子交换膜源自氯碱工业,厚度较大,在做电解水膜电极时易发生溶胀,降低机械性能。而采用增强型结构的氢辉质子交换膜厚度仅为传统膜的一半,机械性能显著增强,电流密度和产氢量也有所增加。同时该膜采用了低渗氢处理,将阳极氧中氢浓度从1.6%降低到0.3%,大大提高了系统的安全性。