海倍思创新论坛 | 张靖：《面向未来的AEM电解水制氢技术和产品》

广东清能新能源技术有限公司

副总经理   张靖

我今天带来的题目是“面向未来的AEM电解水制氢技术和产品”。

我们讲电解水制氢，一定要讲绿电的发展，这几年可再生能源的需求呈指数型式的上涨，而且未来还会加速，131个国家、覆盖全球90%的区域设定了“双碳”目标，带来一次能源从煤、石油、天然气到风光为主的可再生能源的转变。这个转变在储能端带来一个巨大的需求，因为绿氢在长周期大规模的储能端未来会发挥很大的作用。

基于调研结果，可以看到绿氢每年的复合增长率超过7%，也就是说未来我们在绿氢的需求端也会有一个非常大的提升。

全球已经部署的电解制氢系统里面，大概75%是碱液，对中国来说，基本上超过90%都是碱液的技术。

制氢要实现商业化，成本是一个很重要的影响因素，现在碱液设备的购置成本已经可以实现商业化的应用。

另外一块是能耗，整个制氢的成本里面，设备的购置成本加上运维成本不超过10%，也就是在整个生命周期里面90%以上的成本是电费。

我们在2009年开始做电解水制氢，并且一直坚持到现在，已经具备了国际化的研发团队，包括生产能力。产品从2010年的小型电解设备到后面逐渐到千瓦级、百千瓦级，到今天在一楼现场发布5兆瓦AEM制氢系统。

为什么选择AEM技术路线？因为碱液制氢的膜是多孔膜，氢和氧如果两边压力不平衡，氢窜到氧侧，氧窜到氢里面，氢中氧、氧中氢如果浓度比较高的话是比较危险的，为了让氢中氧、氧中氢比较低，只能维持氢侧和氧侧的压力是平衡的，压力平衡就需要负荷是稳定的，但是电解水制氢最主要的目标未来是配合风和光，风和光本身是不稳定的，这里面是有脱节的。我们如果把中间的膜从多孔膜变成密封膜，两边可以实现压差控制，哪怕压力不一样，它也是安全的。PEM制氢实现了这点，包括启动的速度也变快了，但它是一个纯水的环境，需要贵金属作为催化剂，它的成本就比较难降低到跟碱液相同的水平。所以我们现在把碱液和PEM的优势给结合到一起，AEM仍然用密封的阴离子交换膜，但是碱液环境就可以用铁镍系的催化剂继续来服务于电解，这样导致什么结果呢？一是AEM的成本可以下降到跟现有的碱液制氢持平，甚至更低；二是由于AEM膜只有50个微米，它本身从原理上来讲就比碱液制氢中间的PPS隔膜要薄很多，这样电阻就小了，所以它是省电的。在整个生命周期里面折算到每公斤的氢气成本，90%以上是电费，如果节省电费10%~20%，在终端就会带来巨大的影响。

我们的研发团队经过了多年的努力，发布了80厘米宽幅的AEM膜。AEM最主要的技术难点之一是膜，膜如果做得厚了，物理强度和化学稳定性都会好，但是它的电阻就会大，离子的传导性就会弱；如果做薄了，离子的传导性好了，但是稳定性和它的物理化学稳定性就会差，这里面是一个兼顾离子传导性、物理化学稳定性的综合结果。

有了这样一个膜的技术和自主化生产，我们就能够把AEM电解槽给做出来。铁镍系催化剂在碱液制氢本身就已经有基础，并没有很大的改变，双极板技术方面相对讲并没有很大的难度。我们今天正式对外发布的是5兆瓦的AEM电解水制氢系统，里面是10套500千瓦的AEM电解槽，目前为止是国际上能够单槽做得这么大的为数不多。这样一个整体解决方案把它做一个叠加，我们就可以实现放量的供应。

最后，我们想通过AEM千标方级的产品推向市场，配合风电和光伏把绿电去做绿氢的规模化转化，绿氢出来以后，反回去通过燃料电池发电、进入钢铁行业做富氢冶炼，就替代了一部分煤炭的使用；交通领域，作为燃料加在重卡、乘用车里面，就实现了对石油的部分替代；还可以到千家万户，通过燃料电池的热电联供，为民用提供电的同时提供热水，是一个对天然气的替代。在原来化工原料领域实现由“灰”变“绿”的过程，实现了从能量流到物质流的转化，最后对煤、石油、天然气做了整体的替代，这样整个化石能源的占比会降低，就有利于实现零碳社会。

这就是我们今天面向未来AEM制氢的简要介绍，如果大家还想了解更多，可以到清能股份展位多多交流，谢谢！