随着国内绿氢市场的显著增长，以低成本制氢为目标的阴离子交换膜（AEM）水电解制氢技术迎来发展的好时机。
3月26日，在2024中国国际氢能及燃料电池产业展览会上，惠州亿纬氢能有限公司（简称“亿纬氢能”）发布了全球首台100 kW AEM电解槽产品，这也是国产AEM电解槽再次向更大功率方向迈进的一个重要信号。成功研发的100 kW AEM电解槽新品有何特点？需要突破哪些挑战？亿纬氢能又能给到行业哪些启示？
100 kW AEM电解槽重磅亮相
AEM电解水技术，被认为是集中了PEM高性能与ALK低成本双重优势于一身的新一代制氢技术路线。此次亿纬氢能发布的100 kW AEM电解槽，更是将这一路线的技术水平提升到了全新的高度，展现出更强大的制氢能力与更可靠的制氢表现。
这套全球首台100 kW AEM电解槽具有出色的电解水制氢效果，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，使用自主研发的膜电极体系实现高效制氢。单槽采用轻量化设计，体积只有380×480×1200 mm，槽体重量仅为同等功率下传统ALK碱性电解槽的1/4。
一款新产品的推出，能否赢得市场的信任，关键在于产品的创新能否解决市场的痛点和需求。亿纬氢能总经理汪瀛博士告诉高工氢电，与其他的电解槽产品相比，亿纬氢能推出的100 kW AEM电解槽从多个层面进行了技术创新，以更好的贴近用户的需求。
新品与绿氢项目匹配度更高，由于在波动性可再生能源电解制绿氢场景中，负载调节范围和功率响应性会直接影响全生命周期内能量转化效率，是电解槽的重要技术指标。亿纬氢能通过对制氢隔膜性能的调整，使电解槽负载调节范围达到了10~120%，氧中氢的含量低于1.6%，可以在绿氢项目中实现灵活调度、稳定制氢。
新品产氢电流密度增大，提升了制氢效率。产氢电流密度是衡量电解槽产品的关键指标。亿纬氢能通过利用高电导AEM膜材料；优化催化剂浆料配方；以及采用CCM工艺制备五合一膜电极，有效降低阴离子交换膜、电极与扩散层间界面电阻，并形成电化学反应的高效三相界面，实现了电解槽额定产氢电密超过10000A/㎡，超过传统碱性电解槽的2倍。
新品采用轻量化设计，空间占比更小。亿纬氢能利用结构力学和流体力学等仿真手段，实现了电解槽极板、极框等零部件材料的轻量化设计。目前AEM电解槽的重量仅为相同功率碱性电解槽的四分之一，将为空间受限条件下的制氢系统小型化与集成化设计、降低设备物流运输成本和提升现场可维护性方面带来极大帮助。
新品的生产成本更低。由于AEM属于碱性体系，不仅在催化剂方面可采用非贵金属材料，在扩散层、极板等重要结构件上亦可采用镍、铁等低成本材料，从而实现电解槽产品成本的显著下降。另外，亿纬氢能在制膜的关键树脂原材料上，采用常规化学单体进行高分子聚合和改性，不受氟材料限制，可根据市场需求快速进行产能建设。预计批量化生产后，AEM电解槽成本会低于同功率PEM电解槽的20%，将为终端应用场景提供高性能低成本的制氢产品解决方案。
持续创新真正推动AEM商业化
亿纬氢能成立于2021年11月，现已具备阴离子交换膜（AEM）、AEM制氢电解槽、氢燃料电池电堆等核心技术，产品可广泛应用于太阳能、风能等可再生能源制绿氢及电储调峰领域。同时拥有完备的化学、材料、工程等专业型技术团队，并与国内外50多家科研院校、企业机构建立了合作，可根据不同应用场景进行氢能产品的定制开发。
汪瀛博士介绍说，亿纬氢能的技术团队来自武汉大学博士团队，在阴离子交换膜技术方面有着十余年的经验积累。亿纬氢能技术团队在原有的研发成果及经验基础上，不断追求更高的材料效率与寿命，以及各项工艺的改进提升，才确定了亿纬氢能在AEM电解槽上的技术领先优势。
亿纬氢能技术团队从2022年完成1kW AEM 电解槽测试验证，到去年实现10kW和50kW AEM 电解槽测试验证，再到如今发布100 kW AEM电解槽产品，除核心隔膜材料外，还在催化剂配方、电极工艺、电解槽结构设计与材料选型、装配工艺、运行条件等方面进行了大量的联动式和系统性地研究、开发和测试验证。
相比于过去的1kW和10kW电解槽，汪瀛博士表示，本次推出100kW AEM电解槽产品具有承上启下的重要意义，它不仅具备负载范围、产氢电流和产品尺寸等方面的技术优势，而且在单槽规模上使AEM制氢技术脱离了试验研究阶段，可真正意义地进入工业用氢和可再生能源制绿氢等真实广阔的应用场景。
基于100kW AEM电解槽产品，在工业用氢领域，亿纬氢能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，为各类不同用氢场景提供全面的产品解决方案。
2023年以来，国内绿氢项目投建态势持续高涨。根据高工氢电产业研究所（GGII）《中国电解水制氢项目数据库》统计，2023年国内将近20个电解水制氢示范项目建成及投产，其中可再生能源制氢项目（“绿氢”项目）项目多达14个，制氢装机规模合计达到387MW，同比2022年实现翻番增长。
同时，公开规划在2024年建成的绿氢项目超过60个，其中已开工绿氢项目制氢装机规模高达2.8GW，电解水制氢设备市场迎来爆发期。然而，当前碱性制氢仍是绝对主流，PEM制氢在绿氢项目中的应用比例也在逐渐提升，而AEM制氢在实际项目中的应用却鲜有报道。
汪瀛博士认为，今年将是AEM制氢真正走向商业化应用的开端。一方面，经过前期产品的试验和测试验证，亿纬氢能100kW AEM电解槽技术趋于成熟，可以应用在多类用氢场景之中；另一方面，亿纬氢能经过大量工程化研究，解决了不同批次AEM材料的一致性和稳定性的问题。同时，还在产品开发过程中，重点考虑了产品降本的问题。现在基于亿纬集团的工程化平台，可实现电解槽产品的规模化生产。
下一步，亿纬氢能计划将在今年第二季度实现100kW AEM制氢产品的首批订单签约和交付。在产品开发方面，亿纬氢能计划在今年年底推出兆瓦级AEM电解槽。在当前市场对水电解制氢经济性要求日益严苛的背景下，亿纬氢能的大功率AEM电解槽无疑更具市场竞争力。其从成本、效率以及功率等方面均实现了巨大的突破，为AEM水电解制氢技术的发展注入了强大的动力。
“作为新兴制氢技术的先行者，亿纬氢能希望能凭借自身过硬的技术、优质的产品和细致的服务赢得国内外客户的认可。”汪瀛博士表示，公司今后会与国内的伙伴一起开拓AEM制氢事业，为共同做大做强中国AEM制氢产业作出贡献。
