我国AEM电解槽行业分析：尚未进入产业化阶段国产企业纷纷布局

2024-09-29 09:29

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1、AEM电解槽制氢成本低、稳定性高

根据观研报告网发布的《中国AEM电解槽行业发展趋势研究与未来投资预测报告（2024-2031年）》显示，AEM电解水技术基于AWE和PEM制氢技术发展起来。AEM制氢使用纯水或低浓度碱液作为电解质，水由阳极穿过AEM膜渗透到阴极，在阴极发生析氢反应产生OH-和氢气，OH-穿过AEM膜传导到阳极，并在阳极发生析氧反应。AEM电解槽与PEM电解槽结构相似，电解小室主要由阴离子交换膜、催化剂层、气体扩散层和双极板组成。

AEM优势

序号	优势简介
1	无贵金属催化剂、未来商业化后可以实现低成本
2	电流密度较高，能够在较低温度和压力下运行，拥有较高的电解效率
3	良好的动态响应特性，未来适合大规模可再生能源制氢
4	制氢稳定性高、制氢纯度较高，可以有效隔绝氢气和氧气
5	较AWE电解槽体积小
6	较AWE使用的碱液浓度更低，具有易处理、安全性高、降低运维成本等优点，可以实现绿色制造

资料来源：观研天下整理

AEM技术现状与未来关键性能指标

指标	2020年	2050年目标	研发重点
电压范围(V)	1.4~2.0	<2	电催化剂
工作温度(°C)	40~60	80	膜、电催化剂
电池压力(MPa)	<3.5	>7.0	膜
正常电流密度(A/cm2)	0.2~2	>2	膜、电催化剂
电堆产氢功耗(KWh/Kg)	51.5~66	<42	电催化剂、膜
系统产氢功耗(KWh/Kg)	57~69	<45	氢厂平衡
负载范围	5~100%	5~200%	膜
电解效率	52~67%	>75%	电催化剂
H₂纯度	99.9~99.999%	>99.9999%	膜
电堆生命周期(h)	>5000	100000	膜、电极
≧1MW电堆成本(USD/KW)	未知	<100	膜电极
≦10MW系统成本(USD/KW)	未知	<200	整流器

资料来源：观研天下整理

2、全球AEM电解槽仍处于研发初期，仅欧美部分厂商取得突破

目前，全球AEM电解槽行业仍处于研发初期，仅欧美部分厂商取得突破。欧盟FCH-JU于2020年启动AEM电解水制氢研发集群项目，其中由德国Evonik和Enapter等牵头的CHANNEL项目主要研究和开发2KW的AEM电解水系统，多个欧盟国家的企业和研究机构参与核心部件的研发。2023年5月德国Enapter推出全球首个MW级AEM电解槽；意大利Ansaldo Energia于2024年1月成功测试MW级AEM样机。不过，AEM电解槽大规格、高功率都尚待验证。

德国Enapter和Evonik的AEM电解系统研制CHANNEL项目

研究机构/企业	主要职责
挪威Sintef研究所	整个项目的组织者和协调者
德国Evonik(赢创)	负责阴离子交换膜的开发和部分实地测试工作
德国Enapter	负责设计、制造和测试AEM电解设备，并提供AEM系统所需的相应辅助设备
挪威科技大学	负责阴极镍基材料的设计和开发
德国于利希研究中心	负责阳极镍基材料的设计与开发，并协助组装AEM电解设备
荷兰壳牌	作为项目顾问，负责项目的技术经济分析和未来的市场规模预测

资料来源：观研天下整理

3、我国AEM电解槽行业未进入产业化阶段，但企业发力明显

由于AEM核心部件AEM膜、催化剂的开发和应用尚未成熟，尤其是AEM膜的规模化和国产化难度最大。

我国AEM电解槽行业面临的挑战

挑战	简介
AEM膜的离子传导率较低	AEM膜的OH-离子传导率仅约PEM膜传导H+的一半
AEM膜的稳定性较低	AEM膜在长时间运行过程中，聚合物主链和有机阳离子基团易受OH-进攻而发生化学降解，降低了电解槽的稳定性和寿命
AEM膜需具备亲水性	对水分子的透过性较高，但可能导致水的损失和电解槽的效率降低
AEM膜具有较高阻隔气体性能	需具备良好的阻隔气体性能，同时隔绝电子让化学反应涉及的电子通过外电路传递

资料来源：观研天下整理

不过，近几年，我国国产AEM电解槽企业发力明显。例如，稳石氢能于2023年推出2.5KW和10KW级别的AEM电解槽系统；清能股份在AEM膜上实现突破，在最新研制AEM槽实现42KWh制取1Kg氢气的超低能耗，并将铱和钛替换为低成本、储量丰富的材料。在核心材料与零部件方面，全球仅德国赢创Evonik、加拿大Ionomr、亿纬氢能、清能股份等成功研制出阴离子交换膜。

我国AEM电解槽行业相关企业进展情况

代表性企业和研究机构	主要进展
稳石氢能	1）基于对高强度阴离子膜的研究积累，对非贵金催化剂性能不断的突破，于2023年推出首款2.5KW电解槽系统，同年推出10KW电解槽系统。2）2024年6月，基于对可控弹性支撑层、热固化催化剂和密封的突破，稳石氢能完成了单槽250KW测试验证。3）通过新技术、新工艺实施以及产能效应释放，据悉，稳石氢能将在2024年四季度完成单槽1兆瓦AEM系统并发布。
亿纬氢能	2024年3月26日，亿纬氢能100KW AEM电解槽产品发布，采用使用自主研发的膜电极体系。预计将于今年年底推出兆瓦级AEM电解槽产品。
清能股份	1）2024年2月，宣布在新型AEM膜上取得重大技术突破。2）2024年6月，通过不断革新技术，清能股份的科学家们已经验证AEM电解槽在实验室条件下以0.35A/cm²的电流密度和1.56V/cell的电压下稳定运行。在此次AEM的技术创新中，清能股份发明了一种新型电极结构（专利申请中），具有高比表面积和优异的稳定性。同时，将铱和钛从电解槽设计中剔除，替换使用低成本、储量丰富的材料。3）据悉，清能股份计划在2024年底推出新型兆瓦级高效率的AEM电解槽。
卧龙英耐德	2024年3月由德国Enapter和卧龙电驱合资设立，致力于AEM电解槽技术相关产品在中国区域的发展。
德林海零碳	是上市公司无锡德林海的全资子公司，2024年4月德林海零碳发布了“全球首创1Nｍ³/h 22M PaAEM电解槽”重要研究成果。
中科院大连化物所	2024年4月，中国科学院大连化学物理研究所在自支撑非贵金属OER电极设计及其在阴离子交换膜（AEM）海水电解应用研究中取得重要进展。
普发动力	2024年5月展出3KW AEM制氢系统，公司AEM制氢系统共3KW、30KW、200KW的3个系列，额定工况下能耗低至4.5KWh/Nm³，适应波动范围20%~110%。