王辰博：新一代低成本PEM电解水制氢催化剂与膜电极组件

涌氢(深圳)能源科技有限公司总经理 王辰博：我国在2022年提出了氢能产业发展的中长期规划，该规划中明确指出，重点发展可再生能源制氢，严格控制化石能源制氢，该项规划将有助于Power to X，也就是氢转X技术的推广和应用。

目前商业化制氢方法主要有两种：碱水制氢和PEM制氢。碱水制氢的历史更为悠久，已经有百年历史。碱槽在我国已经有非常大的优势，一方面是它的成本比较低，千方槽大约在400多万元，它的产品非常成熟，有将近四五百家企业都可以生产碱性电解槽，而且它的供应量比较大。既然碱槽这么成熟了，为什么还要推广一个刚刚商业化不久的PEM制氢技术?主要问题在于风光耦合适配，也就是说碱槽有一个重大的问题，它不能完全适配一直波动性的风光电，也就是波动性电的输入。

目前行业的共识是，碱性电解水再配合一部分PEM的电解水，PEM的比例大约在10%，也就是常说的“一九比”，这样仅使用少量的储能，就可以使氢气得到制备，这种情况可以将整个制氢成本压缩到14元钱，配合欧盟的碳税补贴，可以初步实现比灰氢便宜。这种模式预计在2026年将投放使用。

随着PEM技术逐步成熟，能够更加适应波动性的电，这样我们对储能的依赖会稍微减少一些。再优化一下碱性电解槽和PEM电解槽的占比，大约是30%的PEM，我们最终可以实现8元/公斤氢气的成本。这种模式因为需要大量的技术突破，各国计划在2030年前后完成。

总结来说，对于PEM电解槽提出了两类要求：第一是短期内能否快速地降低成本，因为目前它太贵了。中长期，一方面提升各类的技术指标，比如风光耦合性，并且在中长期内还要不断地降低成本。

关于PEM电解槽的成本如何降低，请大家看一下PEM电解槽的成本构成，辅机部分基本每千方100～200万元，不是成本的重大构成，主要问题就在于电解槽的槽体或者电堆。电堆其中一半的成本是膜电极，40%的成本是催化剂，为什么它的占比这么高?催化剂在水电解中用到了铂也用到了铱，铂这种元素已经非常昂贵了，每克200元钱。铱是每克1200元，最高的时候达到每克1400元，使用一公斤的铱需要140万元(目前是120万元)，比黄金贵得多。因此，如何在催化剂中降低铱的载量，或许可以解决快速降本的问题。

回到之前PEM，电解槽有两点要解决，短期的降本和中长期技术和指标的提升，大致分成以下几点：短期降本方面，相关技术开发分别是降低催化剂中铱的含量，提高膜电极的电密性能，相当于把一个千方槽，如果它的电密进行了翻倍，其他的结构、成本没有改变，瞬间就变成了两千方槽，也就是说成本下降了一半。第三点，能够适配各家不同的组件，并且做到初步量产。这样就可以实现初步PEM电解槽产品的成熟，做到有槽可用，将价格从现在槽体3000万元降至不到2000万元，可以做到初步用得起，预计在2026年可以实现。

中长期方面要攻克的问题比较多。无论提升膜电极的寿命，还是提升催化剂的自修复、耐腐蚀，以及整体的规模化生产。这样达成以后，在2030年，PEM电解槽可以做到成本基本上与碱性电解槽持平，并且性能可以基本上适配风光的波动性。碱性电解槽配合PEM电解槽，将会进行低成本氢气的制备。

我们目前阶段性的成果，在催化剂方面，第一代、第二代产品可以做到小批量的中试，这两个产品已经在本征活性上比起铱黑或者氧化铱有了两倍或者三倍以上的性能提升。在实验室阶段我们储备了第三代，也就是性能将近十倍的催化剂产品，但是这个产品还需要打磨，短期内无法进行量产。

膜电极方面，我们初步实现了一个比较高的电密，这两方面成果的取得主要得益于：一方面我们有研发的团队，一个十人的硕博团队，能够进行产学研的研发。更重要的是，我们有效地利用一些大的平台设备，在此感谢江苏省产业技术研究院的材料表征平台。我们做的这个催化剂是一个纳米尺度的东西，在材料研发过程中，尺度比较小，用到透射电镜、扫描电镜等，同时还要对其晶体结构、化学组分和价态用到XPS、XRD等大型仪器设备，这些设备作为一个初创公司是很难自我拥有的。长材院的表征平台是一个价值2.4亿的平台，作为一个开放平台，我们可以非常及时有效而且平价地去使用它，对我们材料的开发做到了加速。

在路径上，我们计划2024、2025、2026年分别把一、二、三代催化剂做到产业化的验证，目前跟我们的下游客户在验证中。这个路径首先降低了催化剂中铱的含量，同时也降低了膜电极上铱的载量。我们还在有序地进行电流密度、寿命以及风光耦合等多种性能方面的提升。关于适配方面，我们与多家质子交换膜的多种型号进行适配，提升催化剂的兼容性。