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新能源|推开万亿氢能赛道的第一重门( 三 )


国内方面，中科院大连化学物理研究所、中船重工集团718研究所等单位正开展PEM纯水制氢设备的研究与制造 。
中石化、三一、隆基和阳光电源等国内新进入者更加关注PEM水电解制氢 。
2021年3月4日，上海电气电站集团与中科院大连化学物理研究所正式签订“兆瓦级模块化高效PEM电解水制氢设备及系统开发项目合作协议” 。
2021年3月18日，阳光电源重磅发布了“SEP50”PEM电解槽 。据了解，该产品单槽功率250kW，是国内目前单槽功率最大的PEM电解槽，也是国内首款量产的50标方PEM电解槽 。
康明斯中标中国石化首个2.5MWPEM项目 。
2022年1月15日，龙蟠科技（603906.SH）全资子公司龙蟠氢能源公司与中国科学院大连化学物理研究所共同启动PEM电解水制氢催化剂的研发项目 。
可以看出来，国内PEM电解项目规模较小，当前国内交付应用的设备大多是小型电解槽 。到底是什么因素制约着PEM电解制氢的推广呢？逐本溯源，我们需要回到PEM电解槽的构造上 。
03、影响PEM水电解制氢推广的瓶颈PEM水电解槽主要部件由内到外依次是质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板等 。
其中扩散层、催化层与质子交换膜组成膜电极，是整个水电解槽物料传输以及电化学反应的主场所，膜电极特性与结构直接影响PEM水电解槽的性能和寿命 。
新能源|推开万亿氢能赛道的第一重门
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资料来源：《PEM：最具潜力的电解水制氢技术》
在投资成本方面，过去5年电解槽成本已下降了40%，但是目前PEM电解成本投入仍旧比碱性电解水至少多一倍 。投资和运行成本仍然是PEM水电解制氢亟待解决的主要问题 。
电解槽是电解水制氢系统的核心部分 。从成本构成来看，电解槽在制氢系统总成本中的占比约为40%-50% 。
而质子交换膜是电解槽的核心部分，不仅传导质子，隔离氢气和氧气，而且还为催化剂提供支撑，其性能的好坏直接决定水电解槽的性能和使用寿命，因此在整个设备中至关重要 。
区别于碱性水电解制氢，PEM水电解制氢选用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜作为固体电解质替代石棉膜，能有效阻止电子传递，提高电解槽安全性 。
质子交换膜制备曾长期被杜邦、戈尔等美国和日本少数厂家垄断，目前主要使用杜邦的nafion-711和511系列 。该系列主要采用全氟磺酸树脂制造，膜厚度是普通燃料电池交换膜的10-15倍，因此整体成本非常高 。
【新能源|推开万亿氢能赛道的第一重门】目前，国内东岳、科润等企业正积极布局，东岳150万平米质子交换膜生产线一期工程已投产，科润100万平米质子交换膜项目也已开工 。随着国内技术的不断突破，国产质子交换膜实现进口替代的空间巨大 。
贵金属催化剂方面，PEM膜电极阳极和阴极主要使用铂和铱两种贵金属催化剂 。
可是，从上游资源的分布来看，这两种贵金属在国内的储量非常少，主要分布在南非、俄罗斯、南美等地区，一旦PEM制氢大规模使用，国内产业就会面临原材料极度依赖外国进口的供应链风险 。
与此同时，国内这两种催化剂的制作工艺和产能水平还无法与JohnsonMatthey等外资品牌媲美，国内PEM设备企业进口铂和铱催化剂的需求仍比较明显 。
扩散层材料方面，目前行业内主要使用烧结毡、钛毡和碳毡等材料路线，其中阳极以钛毡效果最高，阴极主要使用碳毡，为了实现材料与自家工艺的最佳配合，扩散层填充材料基本上都是需要定制，这也是体现各家工艺水平的核心环节之一 。

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