電解槽迭代速度已超出預(yù)期。

在早期的綠氫項(xiàng)目中，國(guó)內(nèi)電解槽遇到了一些不適配的難點(diǎn)。比如風(fēng)光波動(dòng)條件的認(rèn)知不明確、技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等。

近兩年，國(guó)內(nèi)電解槽展開了迅速迭代。自2021年國(guó)內(nèi)新疆庫車項(xiàng)目開啟了規(guī)�；�風(fēng)光制氫實(shí)踐以來，電解槽布局企業(yè)快速增多，高�？蒲谐晒�涌入市場(chǎng)，推出了更多的新方案、新路線。

能景研究調(diào)研發(fā)現(xiàn)，無論是技術(shù)方案上，或是性能表現(xiàn)上，中國(guó)制氫電解槽技術(shù)相較綠氫項(xiàng)目應(yīng)用早期均已發(fā)生了較大進(jìn)步。制氫電解槽技術(shù)的發(fā)展可以說已經(jīng)邁入了第二階段。

01 堿性電解槽：由虛向?qū)嵭阅芡黄疲�方形賽道逐漸火熱

近兩年，國(guó)內(nèi)堿性電解槽技術(shù)更加符合波動(dòng)性風(fēng)光制氫場(chǎng)景的需求。國(guó)內(nèi)堿性電解槽技術(shù)相較比較成熟，但早期的產(chǎn)品和技術(shù)主要針對(duì)穩(wěn)定的網(wǎng)電制氫場(chǎng)景，與波動(dòng)性的風(fēng)光制氫需求不匹配。在中石化庫車項(xiàng)目等先行項(xiàng)目的牽頭示范下，逐漸明確了風(fēng)光制氫場(chǎng)景下的能耗、啟停、控制等要求，堿性電解槽隨之展開了迅速迭代。

新的市場(chǎng)需求之下，各家企業(yè)的應(yīng)對(duì)方案和突破方向不盡相同，總體上呈現(xiàn)了4項(xiàng)顯著的突破：

單槽“大型化”的界限不斷打破。

2022年，國(guó)內(nèi)下線了首臺(tái)單槽2000 Nm3/h的堿性電解槽。2023年，下線了首臺(tái)單槽3000 Nm3/h的堿性電解槽。2024年，下線了首臺(tái)單槽5000 Nm3/h的堿性電解槽，此外同年發(fā)布的新品中2000 Nm3/h以上規(guī)格的堿性電解槽占比超過50%。

高電流密度電解槽方案開始涌現(xiàn)。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的堿性電解槽的電流密度一般在3000 A/m3左右。2024年國(guó)內(nèi)9家廠家推出的堿性電解槽新品的電流密度可以提高到4000 A/m3水平，部分廠家披露電流密度可達(dá)到6000 A/m3乃至10000 A/m3。部分廠家通過電極材料等創(chuàng)新來突破高電流密度下的能耗限制，如某電解槽新品披露當(dāng)電流密度達(dá)到4000 A/m2時(shí)的制氫能耗約4.0 kWh/Nm3。

性能指標(biāo)逐漸脫虛向?qū)崱?/p>

以制氫能耗指標(biāo)為例。2023年部分企業(yè)披露降至4.0 kWh/Nm3以下，但測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。2024年企業(yè)披露制氫能耗時(shí)較多開始提供電流密度參照點(diǎn)，部分產(chǎn)品在中低電流密度，比如2500 Nm3/h或3000 Nm3/h下能耗降至3.9 kWh/Nm3以下，滿負(fù)荷時(shí)能耗水平達(dá)到4.3 kWh/Nm3左右。

方形槽路線布局逐漸普遍。

據(jù)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)布局方形槽的企業(yè)已不下10家。2024年國(guó)內(nèi)至少4家電解槽企業(yè)公開推出方形電解槽新品。其中有2款采用帶壓設(shè)計(jì)，目的是減少后期氫氣加壓投入。部分電解槽設(shè)計(jì)電流密度達(dá)到10000 A/m2水平。

能景研究認(rèn)為，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)的堿性電解槽，無論是在能耗、啟停控制等技術(shù)指標(biāo)上，還是在對(duì)風(fēng)光波動(dòng)制氫新場(chǎng)景的適應(yīng)性上，均已迥異于早期剛剛進(jìn)入綠氫賽道的階段。而且隨著新材料與新結(jié)構(gòu)的入場(chǎng)、智能化控制策略的升級(jí)等，堿性電解槽仍有較大的進(jìn)步空間。

02 質(zhì)子交換膜電解槽（PEM）：國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈逐步建立，更多新品同臺(tái)競(jìng)技

近兩年，國(guó)內(nèi)PEM電解槽賽道的熱度迅速升溫。隨著燃料電池企業(yè)的涌入，以及供應(yīng)鏈的發(fā)展成熟，PEM電解槽也逐漸有了堿性電解槽類似的“組裝制造”的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

據(jù)能景研究統(tǒng)計(jì)，2024年國(guó)內(nèi)有相關(guān)報(bào)道的PEM電解槽新品數(shù)量可達(dá)17款，相較2023年的5款左右實(shí)現(xiàn)了大幅增長(zhǎng)。

面向規(guī)模化風(fēng)光制氫應(yīng)用的需求，行業(yè)內(nèi)PEM電解槽的開發(fā)既表現(xiàn)出了堿性的“大型化”等趨勢(shì)，也在風(fēng)光波動(dòng)適應(yīng)性的專長(zhǎng)上繼續(xù)深挖：

裝備規(guī)格朝“大型化”快速突破。

自2020年左右國(guó)內(nèi)發(fā)布了首臺(tái)套兆瓦級(jí)的 PEM電解槽以來，2023年國(guó)內(nèi)發(fā)布了首款200 Nm3/h的PEM電解槽，到2024年國(guó)內(nèi)發(fā)布的新品中有16款超過200 Nm3/h，其中8款披露可達(dá)到500 Nm3/h。

電流密度等性能指標(biāo)持續(xù)提升。

受催化劑、膜電極工藝等的發(fā)展限制，國(guó)內(nèi)PEM電解槽的電流密度一般處在1.5 A/cm2（即1.5萬A/m2）左右，落后于海外頭部水準(zhǔn)。2024年，國(guó)內(nèi)發(fā)布的PEM電解槽新品中有多款的電流密度突破到2 A/cm2以上，部分達(dá)到3 A/cm2級(jí)別。

創(chuàng)新型及差異化設(shè)計(jì)方案增多。

如在產(chǎn)品規(guī)格上，2024年國(guó)內(nèi)多款產(chǎn)品采取了多槽并聯(lián)的模塊化設(shè)計(jì)理念，以200 Nm3/h左右的槽體為單元，并聯(lián)后系統(tǒng)的規(guī)格可達(dá)到600 Nm3/h至1000 Nm3/h。在性能指標(biāo)上，部分產(chǎn)品突出了PEM電解槽的“高壓差”優(yōu)勢(shì)，陰極側(cè)和陽極側(cè)氣壓差可達(dá)1.6 MPa，部分產(chǎn)品可達(dá)3.2 MPa。

能景研究認(rèn)為，中國(guó)PEM電解槽將受益于在科研上的積累。隨著國(guó)內(nèi)質(zhì)子交換膜、催化劑等的供應(yīng)鏈發(fā)展，國(guó)產(chǎn)PEM電解槽不僅僅會(huì)在量產(chǎn)化和價(jià)格上形成國(guó)際優(yōu)勢(shì)，在“專精特長(zhǎng)”上也擁有較大潛力。

03 陰離子交換膜電解槽（AEM）：膜與槽相繼涌現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)化初見端倪

近兩年，陰離子交換膜電解槽賽道實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化的突躍。2023年，國(guó)內(nèi)AEM相關(guān)企業(yè)不足5家。到2024年，國(guó)內(nèi)至少有14家企業(yè)公開發(fā)布了AEM電解槽新品，10家以上披露了AEM膜產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)。現(xiàn)階段，各家堿性、PEM以及新進(jìn)槽商多數(shù)開始涉足AEM電解槽研發(fā)。

國(guó)內(nèi)AEM電解槽的性能表現(xiàn)初步具備堿性與PEM路線優(yōu)勢(shì)結(jié)合的特點(diǎn)。根據(jù)調(diào)研，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)AEM電解槽電流密度主要在10000 A/m2水平，高于堿性電解槽主流的3000 A/m2，低于PEM電解槽主流的15000 A/m2。最低負(fù)荷一般可達(dá)5%~10%，工作壓力一般在3 MPa以上，與PEM電解槽相近。

各家產(chǎn)品在技術(shù)路線上呈現(xiàn)出多元化的特征。

一是在電解槽系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，呈現(xiàn)“多臺(tái)并聯(lián)”與“單臺(tái)大型化”路線并行特點(diǎn)。

面向制氫加氫一體站、綠氫項(xiàng)目等場(chǎng)景，部分廠家采用以數(shù)百臺(tái)0.5 Nm3/h的小型模塊化系統(tǒng)并聯(lián)的方式提高產(chǎn)氫量。2024年國(guó)內(nèi)最高實(shí)現(xiàn)了400臺(tái)模塊并聯(lián)以達(dá)到1000 Nm3/h產(chǎn)氫量。

也有廠家采用單臺(tái)大型化的設(shè)計(jì)方案。2024年國(guó)內(nèi)發(fā)布的AEM產(chǎn)品首次突破到單臺(tái)100 Nm3/h的規(guī)格。

二是在核心AEM膜的材料上，呈現(xiàn)多路線同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)的特點(diǎn)。

AEM樹脂材料是AEM電解槽最核心的技術(shù)難點(diǎn)之一，主要由導(dǎo)電官能團(tuán)和骨架組成。其中導(dǎo)電官能團(tuán)有哌啶陽離子、季銨化陽離子等路線，骨架有聚芳基骨架、全飽和碳?xì)涔羌艿嚷肪�。不同的設(shè)計(jì)方案下在導(dǎo)電性、材料壽命、機(jī)械強(qiáng)度上呈現(xiàn)出不同特征。

2024年，廈門大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等不同來源的成果相繼展開了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，至少10家企業(yè)推出了制氫AEM膜產(chǎn)品，路線選擇各有特點(diǎn)。

能景研究認(rèn)為，AEM技術(shù)正在快速接近規(guī)�；瘧�(yīng)用。但AEM技術(shù)的復(fù)雜性仍在，且技術(shù)路線的多元化和復(fù)雜性也給市場(chǎng)驗(yàn)證帶來了更高要求�？梢灶A(yù)見，AEM電解槽的成熟仍要經(jīng)過一定的時(shí)間，以對(duì)不同的產(chǎn)品路線進(jìn)行驗(yàn)證、篩選。

來源：能景研究

       原文標(biāo)題 : 洞見|中國(guó)電解槽技術(shù)發(fā)展進(jìn)入第二階段