前两年,ALK及PEM制氢技术路线备受制氢产业关注,但今年,发展AEM制氢的声音越来越多。业内人士表示,AEM制氢技术能够引发一定关注,原因在于该技术作为第三代电解水制氢技术,结合了ALK和PEM电解槽的优势,表现出高电密、高效率、响应快、宽负载等特点。更重要的是,相比PEM电解槽,AEM电解槽大规模商业化后,在成本上将具备更大优势。
为了解AEM制氢产业发展现状,助力AEM制氢产业链构建与健康发展,势银能链积极调研国内AEM企业,近期走访了国内AEM前沿企业——
惠州亿纬氢能有限公司(简称“亿纬氢能”)
,并就企业自身进展、产品布局、应用场景等做了深度探讨与交流。
掌握核心技术、具备研发实力是企业在竞争中脱颖而出并实现可持续发展的基本条件。据悉,亿纬氢能现已具备阴离子交换膜(AEM)、AEM制氢电解槽及系统等核心技术能力,现有产品包括
阴离子交换膜、AEM制氢电解槽、AEM制氢系统、AEM氢气发生器
等。
值得注意的是,高原地区由于特殊的地理环境、基础设施条件和市场需求等制约,绿色能源开发仍面临许多瓶颈和困难。适应极端工况的AEM制氢系统的研发十分重要,亿纬氢能已先行一步。
早在去年7月,云南迪庆藏族自治州与云南国际签订了战略合作框架协议,其中之一为“探索组建高原绿色创新产业园区”,亿纬氢能积极同云南国际等企业一起投身于高原绿色能源“源网荷储”各领域和技术研发、装备制造、开发建设。
今年9月28日,香格里拉高原绿色能源科技产业园揭牌仪式暨高原绿色能源发展研讨会在云南迪庆州香格里拉举行,
亿纬氢能“高原AEM制氢项目实验基地”正式揭牌
。
众所周知,阴离子交换膜(AEM)作为AEM电解槽的核心组件,其性能将直接影响AEM电解槽的稳定性、寿命、功率以及成本。提升阴离子交换膜稳定性及使用寿命是发展AEM制氢关键所在,亿纬氢能积极投身AEM膜研究,基于其自主研发的功能化聚(芳基哌啶)树脂材料,研发了
Alkymer®阴离子交换膜(AEM)系列产品
(以芳环作为聚合物骨架,哌啶阳离子发挥离子传导功能)。现已推出W-25(均质膜)和W-75(均质膜,主要为电解水制氢开发)两款阴离子交换膜(AEM)产品。
离子导电率方面
,亿纬氢能W-25产品离子电导率≥150 mS/cm @ 80℃(100%RH);W-75产品离子电导率≥130 mS/cm @ 80℃(100%RH)。
抗张强度方面
,两款产品均≥30MPa(25±5℃、60±10%RH),优异的机械强度可以让AEM在电解槽工作过程中耐受更高的压力。
溶胀率方面
,两款产品均≤20%(80°C,纯水体系),有效降低膜的溶胀率,可以减缓膜的老化过程,提高其耐碱性和化学稳定性,延长使用寿命。
耐碱稳定性方面
,两款产品在80℃下,1M NaOH溶液中浸泡10000h后,主链无降解,阳离子基团降解小于5%,使电解槽在长时间内维持高效的离子传导能力。
目前,该系列产品经市场验证后,其综合性能已达到国内领先水平。除研发实力外,
亿纬氢能还具备强大的生产制造实力
,公司已攻克大批量树脂合成工艺难题,实现AEM膜卷对卷连续生产,年产能达到
20000 m
2
,且并配置在线厚度与瑕疵检测,可满足MW级AEM电解槽设计需求(幅宽600mm内可调)。
亿纬氢能现有AEM电解槽产品包括1kW、10kW、100kW三种,可应用于石油化工、冶金、合成氨/醇、交通运输等领域,也可根据不同应用场景进行氢能产品的定制开发。
今年3月,亿纬氢能发布全球首台
100kW AEM制氢电解槽
。该产品采用自研的膜电极体系,负载调节范围达到10~120%,可根据实际需求灵活调动,实现最佳的能耗比。工作电流密度达到
10000 A/㎡
,运行压力可达
1.6 MPa
,能够实现高效制氢。同时,产品采用轻量化设计,体积只有380×480×1200 mm。
亿纬氢能透露,基于其100kW AEM电解槽产品,在工业用氢领域,公司可采用单槽单系统方式为工厂提供
20标方以下
的
AEM制氢设备;而在可再生能源制氢项目中,亿纬氢能则可以采用多槽单系统方式为绿氢项目构建
200标方以上
的MW级制氢设备。
8月,在“悟空”系列AEM制氢系统产品发布会上,
亿纬氢能产品经理蔡桂韩表示
:
“在碳达峰碳中和的双轮驱动下,作为能源转型的战略性资源,氢能解锁了现代能源体系的新密码。但在多元化的用氢场景中,却始终存在着
设备维护难
和
用电成本高
两大终端用氢痛点。”
而亿纬氢能“悟空”系列AEM制氢系统从自研的高性能AEM膜电极、AEM电解槽和系统架构三个维度出发,直击两大终端用氢痛点,
具有以下五点优势——
采用高度集成标准制氢模块,仅占1/7m
3
(0.45×0.45×0.65 m)的空间,采用高电密AEM技术,产氢速率高达
1 Nm³/h
,机柜式系统产氢量最高可达
3 Nm
3
/h
。
制氢模块可根据实际需求灵活堆叠适用
1-200Nm
3
/h
的多元化用氢场景,可据需求配置电源系统、供水系统、干燥系统,支持定制化服务,提供整体解决方案。
模块堆叠设计,独立控制系统,单模块故障仍能正常运行,规避偶发故障导致整个系统崩溃、停机。以200kW堆叠容量为例,一个制氢模块损坏,仅
2.5%
的产量影响。
具备快速响应能力,20min内达到100%的额定工况,热启动秒级响应,最大化绿电/谷电利用率。以分布式光伏离网耦合制氢为例,一天的有效日照时长在6-8小时左右,“悟空”系统可以快速达到额定制氢工况,每日
提高0.5-1h
的利用小时数。
直流电耗低至
4.5 kWh/Nm³
,同时依托于自身强大的AEM膜材制造体系和万平米级生产能力,有效确保了膜材的质量稳定和持续供应。因此,相比于传统的高能耗制氢设备,悟空系统有效
降低了设备全生命周期的用电成本
。
此外,亿纬氢能已于今年5月11日,
交付首套AEM制氢系统
,设备将用于
湖北金泉还原炉用项目
。据悉,该套AEM制氢系统采用亿纬氢能自主研发的阴离子交换膜技术,搭配的电解槽额定工况下电流密度可达1A/cm
2
、直流能耗<4.54kWh/Nm
3
。
亿纬氢能还向势银能链透露,公司将在今年10月正式推出百千瓦级AEM制氢系统,2025年推出兆瓦级AEM制氢电解槽,2026年推出单槽MW级AEM制氢系统。
当前,AEM制氢技术已不仅仅停留在实验室阶段,已有少数公司实现商业化,未来发展前景广阔。在调研中,亿纬氢能表示,AEM制氢企业在未来发展过程中应努力在AEM膜材料、非贵金属催化剂等核心技术上取得突破,实现自主知识产权,提高市场竞争力。同时需要注重产业链整合、产能扩张、市场拓展等方面的工作。