02 PEM電解水技術

電解水制氫的基本原理，是水分子在直流電作用下解離生成氧氣和氫氣，分別從電解槽的陽極和陰極析出，具體可分為堿性水電解、質(zhì)子交換膜水電解（PEM）、陰離子交換膜水電解（AEM）以及固體氧化物水電解（SOE）四種技術路線。

目前堿性水電解與PEM的產(chǎn)業(yè)化程度相對較高。

堿性電解水技術最為成熟，其采用氫氧化鉀水溶液作為電解質(zhì)，以石棉為隔膜，分離水產(chǎn)生氫氣和氧氣。

由于是堿性條件，因此可以使用非貴金屬電催化劑，因此電解槽造價成本較低；但是，難以快速啟動和變載，無法快速調(diào)節(jié)制氫速度，因此與可再生能源適配性較差。

從技術角度看，PEM電解水技術具有獨特優(yōu)勢，許多新建項目開始轉(zhuǎn)向選擇PEM電解技術，近年開始獲得較多的市場份額。

相較堿性電解水技術，PEM電解采用純水電解，無污染、無腐蝕；其次，質(zhì)子交換膜擁有更高的質(zhì)子傳導性，電解槽工作電流可大大提高，從而提升電解效率。

同時PEM電解水技術能夠提供更寬的負載范圍和更短的響應啟動時間，與水電、風電、光伏（發(fā)電的波動性和隨機性較大）具有良好的匹配性，最適合未來能源結(jié)構的發(fā)展。

近年來，PEM電解水技術的推進逐步提速。

2015年，西門子和林德氣體在德國美因茨能源園區(qū)建成當時世界最大PEM電解工廠，額定裝機功率達6MW，此后PEM電解項目數(shù)量和裝機規(guī)模也在不斷提升。2020年，法液空完成在加拿大貝坎庫爾的20兆瓦PEM電解水項目建設。

國內(nèi)方面，中科院大連化學物理研究所、中船重工集團718研究所等單位正開展PEM純水制氫設備的研究與制造。

中石化、三一、隆基和陽光電源等國內(nèi)新進入者更加關注PEM水電解制氫。

2021年3月4日，上海電氣電站集團與中科院大連化學物理研究所正式簽訂“兆瓦級模塊化高效PEM電解水制氫設備及系統(tǒng)開發(fā)項目合作協(xié)議”。

2021年3月18日，陽光電源重磅發(fā)布了“SEP50”PEM電解槽。據(jù)了解，該產(chǎn)品單槽功率250kW，是國內(nèi)目前單槽功率最大的PEM電解槽，也是國內(nèi)首款量產(chǎn)的50標方PEM電解槽。

康明斯中標中國石化首個2．5MWPEM項目。

2022年1月15日，龍蟠科技（603906．SH）全資子公司龍蟠氫能源公司與中國科學院大連化學物理研究所共同啟動PEM電解水制氫催化劑的研發(fā)項目。

可以看出來，國內(nèi)PEM電解項目規(guī)模較小，當前國內(nèi)交付應用的設備大多是小型電解槽。到底是什么因素制約著PEM電解制氫的推廣呢？逐本溯源，我們需要回到PEM電解槽的構造上。